Innovative Umrichter-, Wandler-, und Modulkonzepte

Motivation:

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Umrichtern und Wandlern wird maßgeblich von dem Ziel angetrieben, leistungselektronische Systeme immer kompakter, leichter und kosteneffizienter zu gestalten. Wide-Bandgap-Halbleiter, wie Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN), bieten enorme Vorteile, doch ihr volles Potenzial entfaltet sich erst durch ihre Integration in geeignete Modulkonzepte und Topologien, insbesondere in Verbindung mit Hybridisierung, Multi-Level und Soft-Switching Techniken.

Wide-Bandgap-Halbleiter ermöglichen extrem hohe Wirkungsgrade durch ihr verlustarmes Schalten und den damit möglichen hohen Schaltfrequenzen sowie durch ihre niedrigen Durchlassverluste, besonders im Teillastbereich. Daraus entstehen allerdings neue Herausforderungen insbesondere durch parasitäre Effekte in den Gate- und Kommutierungskreisen, mit Oszillationen und Überspannungen als Folge, und in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit.

Hybridisierung verbessert das Trade-Off zwischen Effizienz und Kosten, Multi-Level-Topologien verbessern die Umrichterperformance aus Systemsicht, Soft-Switching in Umrichtern entschärft die gravierendsten Probleme bei der Integration von Wide-Bandgap-Halbleitern.

Forschungsaufgaben:

• Charakterisierung von neuen Halbleitern, Modul- und Anbindungskonzepten
• Entwicklung von extrem hocheffizienten Stromrichtertopologien für Antriebs- und Netzanwendungen der Mobilitäts- und Energiewende
• Untersuchung von Techniken zum verlustfreien, weichen Schalten in Stromrichtersystemen zur zeitgleichen Verbesserung von Wirkungsgrad und elektromagnetischer Störemission
• Anwendung und Integration von WBG-Halbleitern (SiC und GaN) sowie hybrider Bestückungen zur Maximierung der Nachhaltigkeit
• Erforschung innovativer Steuer- und Regelverfahren für einen optimierten, zuverlässigen Betrieb

Leistungen:

Abdeckung aller Schritte von Konzeptionierung und Simulation über Hard- und Softwaredesign bis hin zur messtechnischen Charakterisierung am Prüfstand bis 30 kW und 1,5 kV

• Elektrische und thermische Simulation vom Halbleiter bis zum System
• Auslegung, Schaltungsentwicklung in Hard- und Software und Aufbau
• Schaltcharakterisierung im Doppelpuls
• Systemuntersuchungen im Power Hardware-in-the-Loop Prüfstand (PHIL)

Einblick in unseren 30 kW PHIL Prüfstand:

Publikationen