Search

© 2022 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes,creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works. With the aim to increase standardization, reduce the cost, and obtain advanced performance features, the design of voltage-source power converter legs can be undertaken by combining several instances of a standard switching cell, properly connected in active neutral-point-clamped structures to reach the desired voltage and current ratings. These switching cells can be organized into switching-cell arrays. This design approach introduces several degrees of freedom into the design. Namely, the different options to interconnect the cells and the distribution of switching losses among these cells. This article aims to define an optimization problem to explore this design space. The design problem is formulated in different scenarios, involving different conversion configurations (dc-dc and dc-ac), different leg number of levels (two and three), and different types of available cells (standard and conduction-optimized in combination with switching-optimized). A weighted objective function is then defined in terms of leg simplicity, efficiency, and reliability. The value of the design variables that minimize the objective function with different sets of weighting factors are obtained under selected scenarios and operating conditions, to illustrate the flexibility of the converter design approach under study. The solution of the optimization problem is obtained using a surrogate optimization algorithm in MATLAB, well suited to quickly solve optimization problems involving a combination of integer design variables (the number of parallel switching cells in each converter leg position) and continuous design variables (the proportion of switching losses taken by each cell), together with linear and nonlinear constraints.

This paper deals with generic design and implementation of multi-cell multi-level multi-phase voltage source inverters. Based on a well-known topology, the paper focuses on place and route design to enable V and/or I scalability while ensuring high performance and high power densities. The topology is studied to define how conversion cells should be designed to ease and automate scalability in I and V. A prototype is built and tested, and the performances are benchmarked

International audience

En el present Treball de Fi de Grau s’explica el procés de disseny, construcció i prova d’una cel·la de commutació de 600 V, un dispositiu innovador en el camp dels convertidors electrònics de potència multinivell, enfocat sobretot al sector de l’automoció. El treball s’emmarca dins d’un projecte amb l’objectiu final de crear diferents convertidors de potència utilitzant un únic tipus de cel·la de commutació. A l’inici del treball es disposava del prototip d’una cel·la de commutació de 100 V, de la qual s’ha partit com a base pel nou disseny. El treball realitzat comença en aquest punt i es tracta de diferents tasques que s’han anat realitzant en el transcurs de totes les etapes del projecte. El primer objectiu és donar suport al GREP en el procés de disseny del nou prototip, ajudant en la projecció de l’esquemàtic i en la cerca i simulació de nous components. Per això, la primera tasca realitzada ha estat l’estudi i comprensió de la cel·la de commutació i les seves parts, la qual està explicada en el present treball. El segon objectiu és el de dissenyar i construir nous dispositius auxiliars necessaris per a les proves del prototip. En total s’han projectat i fabricat dues plaques de circuit imprès (PCB) que han estat usades en les proves al laboratori. Aquest punt cobreix gran part del cos del treball on s’explica la funcionalitat, esquemàtic, disseny PCB, prova i verificació de les dues plaques. El tercer objectiu, és el de donar suport al GREP en el procés de proves experimentals del prototip, participant en el muntatge i recollida de resultats, cosa que també ha servit per verificar el funcionament de les plaques auxiliars dissenyades. Finalment, com a objectiu addicional s’ha aprofundit en el circuit de processat lògic del prototip, dissenyant una alternativa que permet estalviar espai en el disseny final, així com abaratir costos de fabricació, millorar l’eficiència del prototip i tenir millor control dels senyals dins de la placa. Al finalitzar el treball, tots els objectius proposats s’han complert de manera exitosa: el disseny de la nova cel·la de commutació ha estat fabricat i provat al laboratori utilitzant les plaques auxiliars dissenyades; s’ha pogut comprovar així tant la funcionalitat del nou prototip com de les plaques auxiliars utilitzades en les proves experimentals En el presente Trabajo de Fin de Grado se explica el proceso de diseño, construcción y prueba de una celda de conmutación de 600 V, un dispositivo innovador en el campo de los convertidores electrónicos de potencia multinivel, enfocado principalmente al sector de la automoción. El trabajo se enmarca dentro de un proyecto con el objetivo final de crear diferentes convertidores de potencia utilizando un único tipo de celda de conmutación. Al inicio del trabajo se disponía de un prototipo de celda de conmutación de 100 V, del cual se ha partido como base para el nuevo diseño. El trabajo realizado comienza en este punto y consta de diferentes tareas que se han ido realizando en el transcurso de las etapas del proyecto. El primer objetivo es dar apoyo al GREP en el proceso de diseño del nuevo prototipo, ayudando en la proyección del esquemático y en la búsqueda y simulación de nuevos componentes. Para ello, la primera tarea realizada ha sido el estudio y comprensión de la celda de conmutación y sus partes, la cual está explicada en el presente trabajo. El segundo objetivo es el de diseñar y construir nuevos dispositivos auxiliares necesarios para las pruebas del prototipo. En total se han proyectado y fabricado dos placas de circuito impreso (PCB) que han sido usadas en las pruebas en el laboratorio. Este punto cubre gran parte del cuerpo del trabajo donde se explica la funcionalidad, esquemático, diseño PCB, prueba y verificación de las dos placas. El tercer objetivo es el de dar apoyo al GREP en el proceso de pruebas experimentales del prototipo, participando en el montaje y recopilación de resultados, lo que ha servido para verificar el funcionamiento de las placas auxiliares diseñadas. Finalmente, se ha profundizado en el circuito de procesamiento lógico del prototipo, diseñando una alternativa que permite ahorrar espacio en el diseño final, así como abaratar costes de fabricación, mejorar la eficiencia del prototipo y tener mejor control de las señales dentro de la placa. Al finalizar el trabajo, todos los objetivos propuestos se han cumplido de manera exitosa: el diseño de la nueva celda de conmutación ha sido fabricado y probado en el laboratorio utilizando las placas auxiliares diseñadas; verificando así tanto la funcionalidad del nuevo prototipo como la de las placas auxiliares utilizadas en las pruebas experimentales In this Final Degree Project, the process of designing, constructing, and testing a 600 V switching cell is explained. It is an innovative device in the field of multilevel power electronic converters, primarily focused on the automotive sector. The work is part of a project with the ultimate goal of creating different types of power convertors using only one type of switching cell. A 100 V switching cell prototype has served as the basis for the new design. The work done begins at this point and consists of different tasks that have been performed throughout the stages of the project. The first objective is to support GREP in the design process of the new prototype, assisting in schematic projection and the search and simulation of new components. Therefore, the first task has been the study and understanding of the switching cell and its parts, which is explained in this paper. The second objective is to design and build new auxiliary devices necessary for the prototype testing. A total of two printed circuit boards (PCBs) have been designed and manufactured, which have been used in the laboratory tests. This section covers a significant part of the work, explaining the functionality, schematic, PCB design, testing, and verification of the two boards. The third objective is to support GREP in the experimental testing process of the prototype, participating in the assembly and data collection, which has also served to verify the operation of the designed auxiliary boards. Finally, an in-depth study has been conducted on the logical processing circuit of the prototype, designing an alternative that allows for space savings in the final design, as well as reducing manufacturing costs, improving the prototype's efficiency, and providing better signal control within the board. This proposal has been simulated to ensure compliance with the specifications. Upon completion of the work, all proposed objectives have been successfully achieved: the design of the new switching cell has been manufactured and tested in the laboratory using the designed auxiliary boards, thereby verifying both the functionality of the new prototype and the auxiliary boards used in the experimental tests

Dada la gran electrificación que se está viviendo en el mundo, los convertidores de potencia son esenciales en el desarrollo de las actividades de la vida moderna. Son fundamentales para asegurar el buen flujo energético entre los agentes del sistema eléctrico. Su utilidad se asemeja a la del corazón en el ser humano, este bombea sangre con la cantidad requerida de nutrientes y oxígeno a las distintas partes del cuerpo. Los convertidores, transforman la energía eléctrica en la forma y cantidad requerida por los distintos aparatos eléctricos conectados. Se encuentran prácticamente en todos los sectores: movilidad, energía, telecomunicaciones, sanidad... A su vez, se considera que los procedimientos más utilizados para realizar esta tarea se encuentran en un estado consolidado de la tecnología. Sin embargo, aún existe una gran ventana para el progreso hacia una mayor versatilidad, modularidad y estandarización, con el propósito de poder aplicar la misma tecnología, dispositivos, diseño y fabricación en cualquier aplicación. Una forma de conseguir esto último es el desarrollo de los convertidores multinivel. El objetivo principal del proyecto es probar una rama de un convertidor multinivel que utiliza una tecnología desarrollada por el Grup de Recerca en Electrònica de Potència (GREP) durante más de 20 años para realizar conversiones de cualquier tipo. Una de sus últimas estrategias de diseño, fundamentada en las Switching-Cell Array (SCA), consiste en construir el convertidor usando unas celdas de conmutación optimizadas. La implementación multinivel es de tipo enclavamiento a punto neutro y se comprueba su buen funcionamiento para el caso de tres niveles operando como regulador de continua. Además, incorpora un modo de control nuevo de tipo jerárquico, dividido en dos etapas, que simplifica la operación del convertidor y permite su estandarización. Entre otras cosas, el control permite poder distribuir una parte de las pérdidas de conmutación de los dispositivos semiconductores. Para cumplir con lo comentado, se ha realizado el montaje de las placas y celdas de la rama, verificando cada una de ellas, y se han conectado entre sí para constituir el convertidor y probar la operatividad del conjunto. Se ha programado el control de primera etapa mediante una herramienta de prototipado rápido (dSPACE). La verificación experimental ha permitido demostrar el buen funcionamiento del conjunto bajo todas las condiciones, así como su interesante capacidad para distribuir las pérdidas, observando variaciones significativas en la distribución de las temperaturas con respecto al funcionamiento de referencia. Estos resultados son prometedores ya que el regulador construido verifica la posibilidad de realizar convertidores a través de esta tecnología estándar y escalable, así como la efectividad del nuevo sistema de control Donada la gran electrificació que s'està vivint en el món, els convertidors de potència són essencials en el desenvolupament de les activitats de la vida moderna. Són fonamentals per a assegurar el bon flux energètic entre els agents del sistema elèctric. La seva utilitat s'assembla a la del cor en l'ésser humà, que bomba sang amb la quantitat requerida de nutrients i oxigen a les diferents parts del cos. Els convertidors transformen l'energia elèctrica en la forma i quantitat requerida pels diferents aparells elèctrics connectats. Es troben pràcticament en tots els sectors: mobilitat, energia, telecomunicacions, sanitat... Actualment, es considera que els procediments més utilitzats per a fer aquesta tasca es troben en un estat consolidat de la tecnologia. No obstant això, encara existeix una gran finestra per al progrés cap a una major versatilitat, modularitat i estandardització, amb el propòsit de poder aplicar la mateixa tecnologia, dispositius, disseny i fabricació en diferents aplicacions. Una manera d'aconseguir això últim és el desenvolupament dels convertidors multinivell. L'objectiu principal del projecte és provar una branca d'un convertidor multinivell que utilitza una tecnologia desenvolupada pel Grup de Recerca en Electrònica de Potència (GREP) durant més de 20 anys per a realitzar conversions de qualsevol tipus. Una de les seves darreres estratègies de disseny, fonamentada en les Switching-Cell Array (SCA), consisteix en construir el convertidor fent ús d'unes cel·les de commutació optimitzades. La implementació multinivell és de tipus enclavament a punt neutre i es comprova el seu bon funcionament per al cas de tres nivells operant com a regulador de contínua. A més, incorpora una mode de control nou de tipus jeràrquic, dividit en dues etapes, que augmenta la facilitat d'interacció amb l’usuari per configurar el mode de treball. Entre altres coses, el control permet distribuir una part de les pèrdues de commutació dels dispositius semiconductors. Per a complir amb el comentat, s'ha realitzat el muntatge de les plaques i cel·les de la rama, verificant cadascuna d'elles, i s'han connectat entre si per a constituir el convertidor i provar l'operativitat del conjunt. S’ha programat el control de primera etapa mitjançant una eina de prototipatge ràpid (dSPACE). La verificació experimental ha permès demostrar el bon funcionament del conjunt sota totes les condicions, també ha constatat la seva interessant capacitat per a distribuir les pèrdues, observant variacions significatives en la distribució de les temperatures respecte a un funcionament de referència. Aquests resultats són prometedors ja que el regulador construït verifica la possibilitat de realitzar convertidors a través d'aquesta tecnologia estàndard i escalable, així com l’efectivitat del nou sistema de control Given the great electrification that is taking place in the world, power converters are essential in the development of modern life activities. As they are fundamental to ensure a good energy flow between the different constituents of the electrical system. Their operation principle is similar to that of the human heart, which pumps blood with the required amount of nutrients and oxygen to the different parts of the body. Converters transform electrical energy into the form and quantity required by the electrical devices connected. They are used practically everywhere: in mobility, energy, telecommunications, healthcare... At the same time, the most commonly used procedures to perform this task are considered to be a consolidated technology. However, there is still a large window for progress towards greater ersatility, modularity and standardization, with the purpose of being able to apply the same technology, devices, design and manufacturing in any application. One way to achieve that is the development of multilevel converters. The main objective of the project is to test a branch of a multilevel converter using the technology developed by the Power Electronics Research Group (GREP) for more than 20 years to perform any conversion. One of their latest design strategies, based on Switching-Cell Array (SCA), consists on building the converter using optimized switching cells. Multilevel neutral-point clamped topology is used and its performance is tested as a three-level direct current (DC) regulator. In addition, it uses a new hierarchical control, divided into two stages, which simplifies the operation of the converter and allows its standardization. Among other things, the control enables to distribute part of the switching losses of the semiconductor devices. In order to comply with the above, the control board, the power board and the SCAs have been assembled, verified and connected to each other to constitute the branch. The first stage controller has been programmed by means of a rapid prototyping tool (dSPACE). Experimental verification has proven the good performance of the converter under all conditions, as well as its interesting capacity to distribute the losses, noticing significant variations in the distribution of the temperatures with respect to the reference performance. These results are promising since the controller built verifies the possibility of realizing converters through this standard and scalable technology, as well as the effectiveness of the new control system

El objeto del presente documento ha sido dejar constancia del diseño y análisis experimental de la primera fase de desarrollo que envuelve la implementación del proyecto DTC para Applus+ IDIADA. DTC (Dummy Temperature Control) es un proyecto que trata de buscar una solución apropiada a la regulación de temperatura de los crash test dummies, dispositivos que simulan el comportamiento de humanos al producirse un impacto en un vehículo. Esta necesidad es parte del protocolo establecido por EuroNCAP para la realización de los ensayos. En esta primera fase, por tanto, se deja constancia del diseño de un sistema que permita aportar un caudal de aire grande en un rango de temperatura considerablemente más reducido al de los sistemas de acondicionamiento convencionales. Además, el hecho de poder definir la temperatura de salida y monitorizar en todo momento estos valores de temperatura es un aliciente del proyecto. Los primeros apartados del proyecto tienen un enfoque contextual del mismo, y en ellos se describe la problemática en cuestión, los motivos y requerimientos que preceden a la realización y, un análisis de las especificaciones que envuelven al diseño del dispositivo. En segundo lugar, se describen las partes de las que consta el sistema que proporciona el suministro de aire, cuyo fluido de salida debe tener una serie de propiedades especificadas en el trabajo. Este sistema consta, primeramente, de una unión de caudales a diferentes temperaturas que permite establecer una mezcla homogénea. Esta mezcla se realiza en el interior de una pieza denominada derivación o mezclador, que será fruto de análisis con tal de optimizar su funcionamiento. Se estudian también los elementos que envuelven a esta pieza para adaptarlos a las especificaciones propuestas en el preanálisis del sistema. Finalmente, en este capítulo se recogen una serie de cálculos con tal de verificar el buen funcionamiento del circuito de aire. Además de lo descrito anteriormente, esta memoria recoge el diseño del sistema de control de la temperatura de salida. Primeramente, se recoge el contexto teórico necesario a la hora de implementar un sistema de control y el análisis de los diversos tipos de lazos de control con tal de llegar a la solución más adecuada. Posteriormente, se muestra una modelización de la planta con la intención de establecer los Sistema Portátil de Regulación de Temperatura parámetros de diseño del sistema de control. Además, una vez diseñado, se ha realizado una breve descripción de los elementos que conforman dicho control de temperatura. Los apartados finales abarcan, tanto la programación del PLC, como la monitorización de los datos de salida. Todo ello finaliza con una serie de pruebas realizadas que cumplen con los objetivos establecidos y marcan los pasos a seguir en el desarrollo del proyecto global

El objetivo del trabajo es encontrar una estrategia de consumo óptima de una luminaria solar autónoma. La metodología inicial consiste en desarrollar un modelo personalizado que sea capaz de predecir la generación de energía fotovoltaica del panel solar que incorpora la luminaria. A partir de esta predicción, se pretende establecer un perfil de consumo adaptado al valor de energía generada. En primer lugar, se presenta el marco teórico, dónde se encuentra la explicación de las características y del funcionamiento global del sistema luminaria, así como los diferentes modelos de perfiles de consumo actuales. En cuanto a la predicción de energía solar, se presenta el estudio del arte de los modelos predictivos. Por otro lado, se estudia en detalle la instalación completa de la luminaria solar más la estación meteorológica personal necesaria para recoger los datos que se van a utilizar. Posteriormente, se realiza el proceso de obtención del modelo predictivo pero esta alternativa se ve truncada por la falta de fiabilidad de los resultados obtenidos. Tras discutir el producto de esta alternativa, se inicia otro camino para la obtención de una estrategia de consumo más eficiente. Esta alternativa pertenece a la empresa SALVI S.L y realiza un cálculo estimado de consumo óptimo diario teniendo en cuenta el potencial de generación de electricidad a partir de energía solar. Finalmente, se implementa por control remoto en una luminaria solar una de las estrategias eficientes obtenidas Objectius de Desenvolupament Sostenible::8 - Treball Decent i Creixement Econòmic

Des de fa temps, s’està posant de manifest que el model de vida que s’ha anat arrossegant fins ara és inviable, sobretot l’energètic. Degut que el model tradicional afavoreix l’esgotament dels recursos naturals i l’augment del canvi climàtic i les seves conseqüències,cada vegadamés països estan apostant per les energies renovables per tal de fer una transició energètica. Això no es podria fer ignorant un concepte molt important actualment, l’eficiència energètica. Aquí és on intervé Cinergia.La cooperativa Cinergia és una empresa que es dedica a l’electrònica de potència, entre d’altres activitats crea convertidors que simulen xarxes elèctriques, carregues elèctriques, panells solars, aerogeneradors... Una altra activitat important és la fabricació de carregadors de bateries (principalment de vehicle elèctric) i testejadors de bateries.Els equips estan governats per unes plaques de control i cap equip es munta sense que aquestes hagin estat provades. L’actual test de plaques que hi ha és manual, conseqüentment és lent, poc robust i alhora rebuscat en quant a funcionament. Aquest projecte es basa en la creació d’un nou test automàtic de plaques de control que millori la productivitat de la operació de test. Primer de tot, s’ha hagut d’analitzar com és l’entorn de programació dels equips per tal d’usar el codi que els governa i aprofitar-ne parts per crear el programa de test. Seguidament s’han creat combinacions de senyals per tal de comprovar el funcionament d’aquests. A l’hora que s’ha fet tot això, s’ha anat dissenyant, construint i depurant el programa del test. Lògicament, per tal de saber els valors que s’han hagut de posar al codi, s’ha fet abans un càlcul analític i diverses simulacions. Posteriorment, s’ha comprovat experimentalment si els resultats eren els correctes.Finalment, per tal de fer el test més visual i assequible per qualsevol usuari, s’ha creat una interfície mitjançant LabVIEW.En aquest projecte, s’han complert tots els objectius i especificacions inicials, és a dir, s’ha aconseguit crear una plataforma de test de plaques que funciona i que millora la productivitat de la comprovació de plaques. Actualment ja s’està fent servir aquest test degut a l’avantatge que suposa respecte l’anterior

En el següent document es pretén fer un informe que valori la viabilitat econòmica de substituir l’actual enllumenat de vapor de sodi d’uns determinats trams de carretera per LEDs. Creant un estudi on es valorin tots els aspectes determinants a l’hora de portar a terme el canvi i tenint en compte tots els paràmetres que hauria de complir si es volgués optar a una licitació.A més s’exposaran tots els avantatges de la nova tecnologia LED que permet l’aprofitament de l’energia d’una forma molt més eficient que l’actual enllumenat de VSAP i que a més de l’estalvi energètic suposa una reducció de la contaminació lumínica i una millora de la qualitat de la llum.Per altra banda, aprofitant el caràcter acadèmic d’aquest projecte s’intentarà donar una guia dels apartats i les justificacions que tot projecte d’enllumenat que apliqui a una licitació ha de contenir, tot referenciant diferents Reglaments, Directives, Lleis i Normes que permetran conèixer els aspectes més importants de la legislació en el que aplica a l’àmbit més tècnic de l’actuació que es durà a terme.

El present treball se centra en planificar, simular i desenvolupar un circuit imprès dissenyat específicament per a analitzar el correcte funcionament, en diferents situacions, de les cel·les de commutació realitzades per l’equip de recerc a d’electrònica de potència de la universitat. El producte d’aquest projecte, per tant, serà d’utilitat per als investigadors del departament, que tindran a mà una forma senzilla de comprovar el funcionament de cada cel·la. Per a l'adequada comprovació de les cel·les, el circuit electrònic consta d’una font de corrent, que fixa la intensitat que circula a través d’elles, i d’un generador de senyal polsant que proporciona el control de la cel·la. En aquest document es presenta i es descriu el circuit result ant, així com el procediment seguit per tal d’obtenir - lo. Dins d’aquest procediment es detallen les proves i simulacions, així com les solucions que s’han adoptat davant els imprevistos que han aparegut al llarg del desenvolupament del circuit. Finalment, el circuit resultant de la investigació compleix les especificacions del disseny i per tant podrà ser utilitzat per analitzar les cel·les esmentades anteriorment.

El present treball se centra en planificar, simular i desenvolupar un circuit imprès dissenyat específicament per a analitzar el correcte funcionament, en diferents situacions, de les cel·les de commutació realitzades per l’equip de recerc a d’electrònica de potència de la universitat. El producte d’aquest projecte, per tant, serà d’utilitat per als investigadors del departament, que tindran a mà una forma senzilla de comprovar el funcionament de cada cel·la. Per a l'adequada comprovació de les cel·les, el circuit electrònic consta d’una font de corrent, que fixa la intensitat que circula a través d’elles, i d’un generador de senyal polsant que proporciona el control de la cel·la. En aquest document es presenta i es descriu el circuit result ant, així com el procediment seguit per tal d’obtenir - lo. Dins d’aquest procediment es detallen les proves i simulacions, així com les solucions que s’han adoptat davant els imprevistos que han aparegut al llarg del desenvolupament del circuit. Finalment, el circuit resultant de la investigació compleix les especificacions del disseny i per tant podrà ser utilitzat per analitzar les cel·les esmentades anteriorment.

En el present Treball de Fi de Grau s’explica el procés per implementar un banc de proves d’un convertidor de potència contínua-alterna multinivell, concretament de la topologia Extended Multilevel Active Clamped. A l’inici del treball es disposava del prototip del convertidor ja dissenyat i construït, i de la modulació, aspectes que no formen part del present treball però sí del projecte d’investigació en el que s’emmarca, dut a terme pel Grup de Recerca en Electrònica de Potència a l’ETSEIB. El treball realitzat, doncs, comença a partir d’aquest punt i consisteix en diverses tasques dutes a terme per deixar el banc de proves operatiu, així com, posteriorment, la realització d’un seguit de proves representatives per obtenir les dades necessàries per comprovar el funcionament i les possibles millores del control proposat pel GREP. Aquestes tasques es poden dividir en tres grans grups, dels que se’n deriven els objectius del treball, i per tant, també la seva estructura. El primer objectiu és aconseguir la captura automatitzada de les dades de tots els dispositius de mesura del sistema, com l’oscil·loscopi, els sensors i la càmera tèrmica. Aquest és el primer gran apartat d’aquest document, que explica pas a pas el procediment dut a terme per aconseguir un seguit de programes per capturar les dades necessàries de forma automàtica i còmoda. El segon objectiu és donar suport al GREP en la preparació dels diferents elements del banc de proves i en la conducció final de les proves representatives. En aquest document es divideixen aquestes dues parts, primer exposant les modificacions i addicions fetes al sistema per deixar-lo operatiu, i després descrivint les diferents proves i com es van dur a terme. Finalment, el tercer objectiu és processar les dades obtingudes a les proves de forma que es puguin veure els resultats de forma gràfica d’una manera ràpida i còmoda al final de cada prova, per saber si hi ha hagut algun error o poder comparar resultats immediatament. Per aconseguir-ho s’ha elaborat un programa de Matlab que genera els gràfics d’interès a partir dels arxius de dades de forma automàtica, i també els desa per posteriors visualitzacions. Al finalitzar aquest treball tots tres objectius s’han assolit completament, la captura de dades funciona i és còmoda i permet certa interacció amb l’usuari, el banc de proves es va deixar operatiu, les proves (tret d’alguns errors puntuals) han sigut un èxit, demostrant l’efectivitat del control emprat i de les tasques dutes a terme, i els resultats es poden veure ràpidament gràcies als programes de processat, que també permeten la comparació ràpida entre proves.

Partint d?un disseny inicial parcial d?un hexacòpter, que inclou el xassís, el sistema de motors i els seus accionaments, l?objectiu del projecte consisteix en completar el disseny del dron amb el sistema d?alimentació i control dels motors. El sistema d?alimentació inclou una bateria fixa a terra, un sistema de conversió de potència i el cablejat. El control s?implementarà a partir d?una placa Pixhawk.

Galvanically-isolated bidirectional dc-dc converters (IBDCs) have recently received more attention due to its increasing use in systems requiring energy transfer between two dc networks in both directions, requiring galvanic isolation and a high voltage gain. Some of these systems are energy storage systems, vehicle-to-grid power interfaces, fuel cell energy systems, uninterruptable power supplies, high-voltage dc links for electric-energy transmission, and solid-state transformers.The most prominent IBDC, thanks to its good performance, is the dual-active-bridge (DAB) converter. It features a high power density, a wide dc-voltage gain working range, a low count of passive components, and an exceptional transformer utilization. Nevertheless, the DAB converter suffers from a significant performance deterioration when operating at conditions different from its nominal design working point. This problem has been alleviated by designing complex modulation schemes, which require a high computational effort and are highly dependent on the parasitic-component values. On the other hand, as DAB converters have been lately introduced in high-power applications, higher voltages are needed in the dc links in order to achieve reasonable efficiency values. This has led to the use of multilevel topologies on the DAB converters, mainly multilevel neutral-point-clamped (NPC) topologies. However, the little and recent literature in this topic have not fully explored the operational capabilities and performance benefits of multilevel DAB converters.The aim of this thesis is to study the viability of multilevel NPC DAB (ML-DAB) converters, where the major faced challenge is the dc-link capacitors voltage balancing. First, three particular ML-DAB converters are studied, with the same number of levels on each side; the three-level, four-level, and five-level topologies (3L-DAB, 4L-DAB, and 5L-DAB, respectively). Suitable switching sequences, modulation schemes, and control schemes are designed for the proposed ML-DAB converters. The converter switching and conduction losses are studied with three figures of merit, resulting in a set of practical solutions that define the modulation parameters and achieve satisfactory converter-performance figures. These results are then generalized to the N-level topology (NL-DAB). Finally, the feasibility of ML-DAB converters with an asymmetric number of levels is also demonstrated., Els convertidors de cc-cc bidireccionals amb aïllament galvànic (IBDCs) han rebut recentment força atenció, degut al seu ús creixent en sistemes on es requereix la transferència d'energia elèctrica entre dues xarxes de cc en ambdues direccions, a més d'aïllament galvànic i un alt guany de tensió. Alguns exemples són sistemes d'emmagatzematge d'energia elèctrica, interfícies de potència per sistemes 'Vehicle-to-Grid', sistemes de piles de combustible, sistemes d'alimentació ininterrompuda, xarxes elèctriques de cc i alta tensió i transformadors d'estat sòlid. El membre més important dins dels IBDCs, gràcies al seu bon rendiment, és el convertidor dual active bridge (DAB). Aquest presenta una alta densitat de potència, un ampli rang de guany de tensió, un nombre baix de components passius i una utilització excepcional del transformador. No obstant això, pateix d'un deteriorament significatiu del seu rendiment quan opera fora del seu punt de treball nominal. A la literatura, aquest problema s'ha alleujat proposant esquemes de modulació alternatius, que solen ser complexos, requereixen un alt esforç computacional i són altament dependents dels valors dels components paràsits del convertidor. Recentment, els convertidors DAB han estat introduïts en aplicacions d'alta potència, que requereixen tensions de bus de cc elevades, per tal d'assolir valors d'eficiència raonables. Això ha conduït a l'ús de topologies multinivell en els convertidors DAB, principalment topologies d'enclavament al punt neutre (NPC). No obstant això, la literatura recent en aquest tema és escasa i no explora completament les capacitats operatives i els potencials beneficis que els convertidors DAB multinivell poden oferir.L'objectiu d'aquesta tesi és estudiar la viabilitat dels convertidors DAB multinivell emprant toplogies NPC (ML-DAB), on el principal desafiament és la necessitat de garantir l'equilibri de les tensions als condensadors del bus de cc. En primer lloc, s'estudien tres casos particulars dels convertidors ML-DAB, on cadascun presenta el mateix nombre de nivells en cada costat. Aquests casos són les topologies de tres nivells, quatre nivells i cinc nivells (3L-DAB, 4L-DAB i 5L-DAB, respectivament). Es dissenyen seqüències de commutació, esquemes de modulació, i esquemes de control adequats per als convertidors ML-DAB proposats. Les pèrdues de conducció i commutació dels convertidors ML-DAB proposats s'estudien a partir de tres figures de mèrit. Els resultats d'aquest estudi ajuden a determinar un conjunt de solucions pràctiques per a definir els paràmetres de modulació, obtenint, a la vegada, rendiments satisfactoris. L'estudi realitzat en els tres casos particulars es generalitza al cas de la topologia d'N nivells (NL-DAB). Finalment, la viabilitat dels convertidors ML-DAB amb un nombre asimètrica de nivells també es demostra.

Semiconductor power switches are largely considered the most fragile components in power electronic converters. In order to increase the reliability of power devices, it is important to avoid high junction temperatures and high junction temperature fluctuations, which are basically caused by conduction and switching losses in the devices. The purpose of the thesis is to find and implement a robust method to sense the junction temperature of a power switch and deliver this information to the converter controller. The method will be implemented using a circuit that has to be small, cheap and with low-power consumption, since the circuit will be fed by the same power supply used by the gate-driver circuit of the power device. This method is designed to be applied into the multilevel active-clamped converter. One of the main advantages of this topology is its degree of freedom to select the power switch that concentrates the switching losses in the switching-state transitions. By sensing the switches temperatures, it will be possible to always select the coolest transistor to take the switching losses. This will enable a better distribution of the temperature and a lower cost of the cooling system. In addition to this, an improved reliability of the system can be achieved. Incoming

The demand of wind energy has considerably increased during the last decades. In order to fulfil this great energy demand, wind energy conversion systems (WECS) are designed to manage higher power ratings. Currently, the most attractive power converter topology in commercial WECS is the conventional two-level back-to-back voltage-source converter (2L-B2B). However, the 2L-B2B topology could have difficulties to achieve an acceptable performance with the available switching devices for the largest WECS, even though having the cost advantage. Instead, multilevel converters increase the power without increasing neither current nor blocking voltage of the power semiconductors, enabling a cost-effective design for the largest WECS using the available switching devices. Within the multilevel converters, the 3L-NPC topology offers high penetration in the market of large WECS. However, one of its major drawbacks is that the power loss is unevenly distributed among the switching devices. Therefore, the 3L-NPC output power capability is limited by the thermal performance of the most stressed switching device, which depends on the operating point. The 3L-ANPC topology was proposed in order to improve the power loss distribution among the power semiconductors. The 3L-ANPC provides a controllable path for the neutral current. Hence, the 3L-ANPC is able to offer certain freedom to distribute the power loss among the power semiconductors. As a consequence, and compared to the 3L-NPC, the thermal performance is more uniform and the output power capability increases. However, there is still room for improvement. In light of the previous discussion, the proposed thesis defines enhanced design guidelines for the dc-ac grid-connected 3L-ANPC power converter, focused on improving its reliability and electrical performance, and following the trend of the current state of the art to define a feasible solution for the next generation of WECS. The thesis contributions are based on defining an enhanced power device configuration and a novel commutation sequence, avoiding concentrating both significant conduction and switching losses on a single power semiconductor device. This allows then selecting the most appropriate device for each converter position, which leads to a better converter efficiency and to a more uniform power loss distribution and thermal performance. This also leads to a higher converter power rating, and it is expected to improve the converter reliability., La demanda de energía eólica ha incrementado considerablemente durante las últimas décadas. Con el objetivo de satisfacer esta gran demanda, los sistemas de conversión de energía eólica (WECS) son diseñados para operar con mayores niveles de potencia. Actualmente, la topología de convertidor de potencia más atractiva en los WECS comerciales es el convertidor de dos niveles operando en fuente de tensión y configuración back to back (2L-B2B). Sin embargo, esta topología podría tener dificultades para ofrecer un comportamiento aceptable en los WECS de mayor potencia con los dispositivos actuales, incluso aunque su coste sea reducido. En cambio, los convertidores multinivel pueden incrementar la potencia sin necesidad de incrementar la corriente ni el voltaje de bloqueo de los dispositivos, permitiendo conseguir un diseño adecuado para los WECS de mayor potencia usando los dispositivos actuales. Dentro de los convertidores multinivel, la topología 3L-NPC tiene una gran aceptación en el mercado eólico, siendo una solución común en los WECS de mayor potencia. Sin embargo, su gran inconveniente es que la potencia pérdida es distribuida de una manera desequilibrada entre los dispositivos. De este modo, la potencia de salida se ve limitada por el comportamiento térmico del dispositivo más estresado a nivel térmico, el cual depende del punto de operación. De esta manera, la topología 3L-ANPC fue propuesta con el objetivo de mejorar la distribución de las pérdidas del convertidor entre los dispositivos. El convertidor 3L-ANPC proporciona un camino totalmente controlable para la conexión del punto neutro. Por lo tanto, el convertidor 3LANPC es capaz de ofrecer cierto grado de libertad para distribuir la potencia pérdida entre los dispositivos. Como consecuencia, y comparado con el convertidor 3L-NPC, el comportamiento térmico es mucho más equilibrado y la potencia de salida puede ser incrementada. Sin embargo, todavía hay margen de mejora para alcanzar mejores prestaciones en el comportamiento del convertidor 3L-ANPC. A raíz de la argumentación anterior, la tesis propuesta define nuevas guías de diseño para el convertidor 3L-ANPC cc-ca conectado a la red. Las guías de diseño están focalizadas en mejorar la fiabilidad y el comportamiento eléctrico del convertidor, respetando la tendencia del estado del arte actual para definir una solución factible para la próxima generación de WECS. Las contribuciones de la tesis están basadas en definir una configuración de dispositivos mejorada y una secuencia de conmutación novedosa, evitando concentrar grandes pérdidas de conducción y de conmutación en un mismo dispositivo. Las contribuciones permiten seleccionar el dispositivo más adecuado para cada posición del convertidor, consiguiendo una mejor eficiencia y una distribución de pérdidas y comportamiento térmico más equilibrado. Además, también permiten operar con potencias más elevadas, y mejorar la fiabilidad del convertidor.

Este trabajo de final de grado está dentro del ámbito de la electrónica de potencia, más concretamente, en el ámbito de los diodos semiconductores de potencia. Estos dispositivos se utilizan, principalmente, para implementar los convertidores electrónicos de potencia. El objetivo principal de este trabajo es diseñar e implementar un circuito que permite caracterizar experimentalmente el comportamiento de diodos de potencia. En particular, el circuito es una herramienta muy útil para medir las pérdidas de conmutación de los diodos bajo diferentes condiciones de funcionamiento (diferentes valores de tensión e intensidad). El proyecto está dividido en tres fases. La primera fase es el diseño del circuito eléctrico y diseño de la placa de circuito impreso. La segunda fase se basa en el montaje de los componentes en dicha placa. Por último, en la tercera fase se verifica el correcto funcionamiento de la placa y además se hacen diferentes pruebas experimentales con distintos dispositivos para estudiar las características de conmutación de los mismos.