Diseño de un convertidor DC/DC para alimentación de sistemas auxiliares en para vehículos convertidos a eléctricos en ciudades de altura

Abstract

La conversión de vehículos de combustión interna a eléctricos requiere una alimentación estable para la red auxiliar de 12 voltios, condición que puede verse comprometida en ciudades de altura por la reducción de la presión atmosférica, la menor densidad del aire y las variaciones térmicas asociadas. Esta investigación tuvo como propósito diseñar y evaluar un convertidor de corriente continua a corriente continua capaz de adaptar la energía de la batería principal a las necesidades del sistema auxiliar bajo dichas condiciones. Se aplicó un enfoque cuantitativo, documental y analítico, con diseño no experimental, mediante revisión técnica, formulación matemática, determinación de parámetros a partir de componentes y geometría reales del convertidor comercial, modelación eléctrica conmutada, implementación de un modelo térmico integrado dependiente de la altitud, y una lógica de protección basada en derating. Los resultados evidenciaron que, con el sistema de disipación original, la temperatura de unión del semiconductor supera su límite absoluto desde aproximadamente 1012 metros sobre el nivel del mar, alcanzando 198,05 grados Celsius a 3000 metros. Se propuso una modificación geométrica del disipador que incrementó el área efectiva de disipación en 93,3 por ciento, reduciendo la temperatura de unión en 42,82 grados Celsius bajo operación nominal y en 14,28 grados Celsius durante sobrecarga temporal, sin afectar la eficiencia del convertidor, estimada entre 86,79 y 86,89 por ciento. La comparación con una herramienta complementaria de análisis térmico evidenció que esta subestima significativamente el riesgo térmico al no considerar la altitud. Bajo la combinación simultánea de condiciones ambientales extremas, la propuesta resultó insuficiente, por lo que su validación experimental mediante un prototipo físico queda como trabajo futuro.