Design of a DC/DC Converter for Power Transmission to a ROTV
Author
Lindquist, Christian
Term
4. semester
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-05-31
Pages
78
Abstract
Denne afhandling adresserer MacArtneys udfordring med at levere tilstrækkelig effekt til en Remote Operated Towed Vehicle (ROTV) via et 2–3,5 km langt slæbekabel, hvor spændingsfald og en eksisterende 425 V grænse begrænser den tilgængelige effekt til under behovet på 1,5 kW. Målet er at designe en kompakt, stand‑alone DC/DC-konverter, der kan trin-nedkonvertere op til 1000 V til 48 V og levere 10–1500 W med lav udgangsrippel (≤200 mV) ved brug af standardkomponenter, samt håndtere variationer i både last og indgangsspænding. Efter at have sammenlignet step‑down-topologier vælges en synkron buck‑konverter; den ideelle og praktiske dimensionering af effektdelen gennemføres, herunder vurdering af parasitter og switch‑stadiets udfordringer. Åben‑sløjfe SPICE‑simuleringer anvendes til at afdække potentielle problemer, og et gennemsnitsmodelbaseret reguleringsdesign udvikles, som i simulering viser god transientadfærd ved varierende last og input. I prototypeforsøg opstår dog betydelige udfordringer, herunder gentagne fejl i MOSFET’er og driver, sandsynligvis forårsaget af parasitære elementer og utilstrækkelig beskyttelse. Afhandlingen peger derfor på behovet for PCB‑layout og forbedret beskyttelse i fremtidigt arbejde for at realisere den foreslåede 1000 V‑til‑48 V konverter til ROTV‑strømforsyning.
This thesis addresses MacArtney’s challenge of delivering sufficient power to a Remote Operated Towed Vehicle (ROTV) over a 2–3.5 km umbilical, where voltage drops and a legacy 425 V limit prevent meeting the 1.5 kW demand. The goal is to design a compact, stand‑alone DC/DC converter that steps up to 1000 V down to 48 V and supplies 10–1500 W with low output ripple (≤200 mV) using off‑the‑shelf components, while tolerating variations in both load and input voltage. After comparing step‑down topologies, a synchronous buck converter is selected; ideal and practical sizing of the power stage is performed, including examination of parasitics and switching‑stage challenges. Open‑loop SPICE simulations are used to identify potential issues, and an average‑model control design is developed, showing good transient behavior in simulation under varying load and input. However, experimental prototyping revealed significant issues, including repeated MOSFET and driver failures, likely due to parasitic elements and insufficient protection. The work therefore recommends a PCB‑based layout and enhanced protection as next steps to realize the proposed 1000 V‑to‑48 V converter for ROTV power delivery.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents