Neue Konzepte für die nächste Generation von leistungselektronischen Umrichtern

Entwicklung innovativer Konzepte durch Einsatz neuartiger Halbleiterbauelemente und Technologien am Beispiel eines am Fraunhofer ISE entwickelten hochkompakten DC/DC-Wandlers mit 2,5 MHz Taktfrequenz.

Effiziente und hochfrequente Leistungselektronik

FuE-Leistungen

Zum Thema Effiziente und hochfrequente Leistungselektronik bieten wir folgende FuE-Leistungen:

Entwicklung innovativer Lösungen für die nächste Leistungselektronik-Generation

Statische und dynamische Charakterisierung neuer SiC- und GaN-Halbleiter

Untersuchung von Topologien und neuen Konzepten

Entwicklung hocheffizienter, kompakter Leistungselektronik mit hohem Integrationsgrad

Entwicklung von Regelungstechnik für µC, DSP und FPGA

Der Einsatz von innovativen Technologien wie z.B. neuen Transistoren auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) eröffnet viele Möglichkeiten in der Leistungselektronik. Sie haben einen direkten Einfluss auf Taktfrequenz und Effizienz des Systems, begrenzen dessen Leistungsdichte und thermisches Design  und wirken sich auf Dimensionierung der passiven Bauelemente und Gesamtsystemkosten aus. Durch extrem geringe Schaltverluste bei gleichzeitig niedrigen Durchlassverlusten der Bauelemente können Schaltungen mit sehr hohen Taktfrequenzen und sehr hohem Wirkungsgrad realisiert werden. Durch diese hohen Schaltfrequenzen kann der Aufwand für die passive Bauelemente, insbesondere die Baugröße von Drosselspulen, deutlich reduziert werden.

Im Vergleich zu Lösungen mit Silicium-(Si)-Bauelementen werden durch die hohen Taktfrequenzen und die kleineren passiven Bauelemente neue Konzepte und moderne Aufbautechniken ermöglicht. Dadurch können deutlich kompaktere und auf Systemebene kostengünstigere Konzepte für kommende Generationen leistungselektronischer Umrichter realisiert werden. Mit SiC-Transistoren können die Taktfrequenzen gegenüber Si-Transistoren um den Faktor drei bis fünf gesteigert werden. Mit GaN-Halbleitern können Leistungswandler mit noch höheren Taktfrequenzen bis in den MHz-Bereich realisiert werden.

Gerade im Bereich der erneuerbaren Energien bringt der Einsatz von Transistoren mit großer Bandlücke wesentliche Vorteile hinsichtlich Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Gesamtsystemkosten. Diese können jedoch auch in viele andere Anwendungsfelder wie z.B.  industrielle Applikationen, Automotive, Bahn-, Luft- und Raumfahrt übertragen und transferiert werden, bei denen hocheffiziente und kompakte Leistungselektronik benötigt wird.

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

GaN-resonant

Effiziente, hochkompakte Hochfrequenz-Leistungselektronik mit GaN-Transistoren