Robotische Anwendungen benötigen kleine kompakte leistungsstarke Aktuatoren. Durch Galliumnitrid (GaN) Bauelemente können im Vergleich zu Silizium-basierten Bauelementen Schaltverluste reduzierte werden, wodurch höhere Schaltfrequenzen bei gleichen Verlusten nutzbar gemacht werden können. Durch die Erhöhung der Schaltfrequenz entstehen Vorteile im Umrichter, wie zum Beispiel die Verringerung der benötigten Kapazität des Zwischenkreises, welche sich wiederum positiv auf den benötigten Bauraum auswirkt. Als Nachteil steigen die Anforderungen an die Schaltungsentwicklung aufgrund der komplexeren Ansteuerung von GaN-Bauelementen sowie die höheren Schaltfrequenzen.
Im Rahmen der Arbeit soll ein dreiphasiger 48 V GaN-Umrichter mit integriertem Microcontroller zur Ansteuerung entwickelt, aufgebaut und vermessen werden. Besondere Anforderungen sind dabei die Integration in einen zylindrischen Bauraum mit 100 mm Durchmesser. Weitere Randbedingungen sind: passive Kühlung über das Gehäuse mit einer Maximaltemperatur von 60 °C, Spitzenstrom 100 A, elektrische Leistung 3500 W und eine mögliche Schaltfrequenz von mindestens 100 kHz. Die Kommunikation mit dem Umrichter soll per CAN-BUS erfolgen.
Zu den Aufgaben gehört die:
- Auswahl geeigneter Galliumnitrid-Bauelemente
- Entwicklung einer passenden Treiberschaltung
- Thermische Auslegung des Inverters
- Integration eines Microcontrollers zur Regelung des Umrichters
- Realisierung und Inbetriebnahme des Prototyps
- Charakterisierung des Schaltverhaltens
- Thermische Vermessung des Systems
Bearbeiter: Jonas Waltrapp
Betreuer: Jordan Sorge
Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März