Convertidor conmutado CC-CC para la propulsión eléctrica de microsatélites

摘要

Este Proyecto Fin de Carrera tiene como objetivo el diseño del convertidor de potencia para la propulsión eléctrica de un microsatélite. El sector de los satélites ha sufrido una rápida evolución en las últimas décadas. El avance en la propulsión eléctrica, junto con la posibilidad que brindan las energías renovables y la miniaturización de los sistemas electromecánicos, ha obligado al replanteamiento de las sondas espaciales. La fuerza que impulsa al dispositivo tiene su origen en fenómenos electromagnéticos, en lugar de en la combustión de un derivado del petróleo. Evidentemente, el cambio de tecnología en el propulsor afecta a la totalidad del satélite. Pero sin duda, es el sistema de potencia el que sufre una mayor transformación. La introducción del propulsor eléctrico y de energía solar otorga un papel fundamental a la electrónica. La razón es que la energía que se produce en las células solares presenta tensión continua de bajo voltaje, mientras que el propulsor, necesita tensión también continua, pero de alto voltaje. El objetivo, por tanto, es diseñar un convertidor que acondicione los niveles de tensión para el correcto funcionamiento del propulsor. El sistema completo de potencia se compone de más elementos de los que en el presente trabajo se van a abordar. Este proyecto se centra en el diseño del convertidor, quedando al margen otras partes del sistema como son, por ejemplo, los paneles fotovoltaicos o el sistema de control. Sin embargo, no se puede llevar a cabo un diseño como éste ignorando otros módulos del sistema. Las interrelaciones entre ellos son lo suficientemente poderosas para descartar ciertas alternativas de diseño en base a características módulos anejos. Es decir, una cierta decisión concerniente al convertidor puede quedar determinada por una circunstancia del sistema de control. Por ello, aunque no pertenezcan al alcance del proyecto otras partes del sistema de potencia, no se puede diseñar al margen de ellos. Esta es la razón por la que a lo largo del documento se hará referencia en diversas ocasiones a estos módulos. Un esquema del sistema de energía se muestra en Figura 1-1. En ella se representan los distintos subsistemas de que se compone. Entre ellos están los paneles fotovoltaicos (Solar Array), de los que se extrae la energía. Una vez regulada (Power Conditioning Unit) es distribuida (Power Distribution Unit) a las distintos equipos. Se consideran Payloads a los equipos que el satélite tiene a bordo para llevar a cabo su misión, por ejemplo, en un satélite de comunicaciones serían los transpondedores. Existen otro tipo de equipos que requieren energía para el funcionamiento básico del satélite y son los englobados en System Bus. Este es el caso del sistema de propulsión. En concreto, el proyecto tiene como objetivo el subsistema denominado Power Processing Unit (PPU). En este módulo se acondiciona la energía regulada previamente para poder alimentar al propulsor en la forma que necesita. Obtener alta ganancia en tensión, consiguiendo alta tensión en la salida, con una potencia inferior a 10W y hacerlo de forma eficiente supone el principal reto de este proyecto.