MA – Si/GaN-Hybridumrichter für Automotive-Traktionsantriebe

Si/GaN-Hybridumrichter für Automotive-Traktionsantriebe

Automotive-Traktionsumrichter auf Basis von Galliumnitrid (GaN) Transistoren bieten das Potential höchster Effizienz, Leistungsdichte und Schaltfrequenz aufgrund der signifikant reduzierten Schalt- und Durchlassverluste dieser Halbleiter. Gerade unipolare GaN-HEMTs ermöglichen durch ihre annähernd lineare Ausgangscharakteristik deutlich gestiegene Teillast- und damit auch Fahrzyklus-Wirkungsgrade.

Im Rahmen der Masterarbeit soll untersucht werden inwiefern durch eine Parallelschaltung von GaN-HEMTs und klassischen Si-IGBTs in einem 3-phasigen Traktionsumrichter mit ca. 200 kW Vorteile im Teillast-Wirkungsgrad erzielt werden können. Ziel ist es, typische Automotive-Fahrprofile weitestgehend mit den effizienten GaN-HEMTs zu absolvieren und die zusätzlichen IGBTs insbesondere für Leistungsspitzen, wie Beschleunigungsvorgänge, zu nutzen. Durch eine getrennte Ansteuerung der parallel geschalteten IGBTs und HEMTs können die Halbleiter betriebspunktabhängig eingesetzt werden.

In der Arbeit sollen hier zunächst simulativ die grundsätzlichen Potentiale dieser Topologie in Abhängigkeit der Aufteilung Si/GaN bewertet werden. Das Effizienzverhalten insbesondere im Teillastbereich oder in typischen Fahrzyklen soll untersucht werden. Im zweiten Teil der Arbeit soll ein experimenteller Versuchsaufbau – bestehend aus einem hybriden Halbbrücken-Leistungsmodul (Si/GaN) mit doppelter Gatetreiberschaltung – zur Untersuchung des Schaltverhaltens der Topologie konzipiert und realisiert werden.

Bearbeiter: Patrick Müller

Betreuer: Dr. Maximilian Hofmann (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761385; Email: Maximilian.Hofmann@iisb.fraunhofer.de;
Stefan Arenz (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761282; Email: Stefan.Arenz@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März