Diseño de sensores de tensión e intensidad para el control de un convertidor dual active bridge en el contexto de una red de corriente continua

Este Trabajo Fin de Grado se enmarca en el proyecto AIRSHIP, un proyecto financiado por la Unión Europea donde el Centro de Electrónica Industrial, en conjunto con otros organismos y Universidades europeas se proponen crear un vehículo autónomo completamente eléctrico. Híbrido entre avión y barco también conocido como “ekranoplano”. La misión del Centro de Electrónica Industrial dentro de este proyecto es el desarrollo y control de una microrred de potencia que abastecerá a la aeronave durante todos los diferentes perfiles de funcionamiento (despegue, vuelo a velocidad de crucero y amerizaje). Esta red de distribución de energía tendrá elementos tanto onboard como offboard y, en sus nodos entre el bus de tensión principal y los elementos de la red se implementan convertidores DC/DC para el control del flujo de potencia entre elementos a diferentes tensiones. El principal reto es diseñar un convertidor Dual Active Bridge que comunique el bus de tensión de 400V con una batería de 72V y equilibre la energía que circula por la red, cargando o descargando la batería en función de las demandas del sistema. Este Trabajo se centrará en el diseño y elaboración de unos módulos que actuarán como sensores para el control en bucle cerrado del convertidor Dual Active Bridge. Dichos módulos medirán la corriente y la tensión en distintos puntos del esquema del convertidor, transmitiendo dicha información al organismo de control del convertidor, añadiendo un grado más de seguridad y monitorización para asegurar su correcto funcionamiento. El diseño de los sensores parte desde cero, se elabora un estudio de mercado para la elección de los componentes adecuados y se diseñan y simulan los esquemáticos antes de comenzar la tarea del diseño de las PCBs. También se recoge en este Trabajo el diseño de la Placa Madre que integra tanto los componentes del DAB como los sensores. Tanto el DAB como los sensores se diseñan buscando un carácter modular. El objetivo es crear una PCB por sensor y que, dependiendo de los elementos que se suelden en ella, se puedan medir distintos intervalos de tensión o de corriente sin el sacrificio de la precisión de medida. Del mismo modo, se tiene en cuenta el carácter modular del DAB a la hora de abordar el diseño de la placa madre como elemento integrador de todos los elementos del convertidor. Eligiendo los conectores adecuados para cada módulo y dimensionando las pistas de la placa en función de qué punto del DAB representan. Una vez las etapas de diseño y fabricación se han completado, se llevan a cabo pruebas de los sensores tanto en un entorno aislado y libre de interferencias como en el complejo del Dual Active Bridge y la placa madre, donde las señales son más susceptibles al ruido. Al final de este Trabajo se realiza un estudio de resultados en función de los datos obtenidos durante las pruebas y se concluye con un contraste de ´estos ante el modelo teórico desarrollado en la etapa de diseño. Además de su impacto en la sociedad actual y la contribución del desarrollo del proyecto a los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de la Unión Europea