MA – Bestimmung der Stromdichte

Analytische, simulative und messtechnische Bestimmung der Stromdichte in Flächenleitern

Ein Ansatz zum Aufbau niederinduktiver Leistungsmodule ist die Kontaktierung der Leistungsanschlüsse mittels flächig ausgeführter Leiterbahnen. Ein gutes Systemdesign zeichnet sich dabei durch eine homogene Stromverteilung über die gesamte Breite des Flächenleiters und damit einer homogenen Strombelastung der diskreten Einzelschalter im Leistungsmodul aus.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Verfahren zur Bestimmung der relativen Stromverteilung für Flächenleiter bzw. auf Leiterplattenebene untersucht werden. Eine Möglichkeit zur Bestimmung dieser Stromverteilung ist die Messung der magnetischen Flussdichte mit Hilfe einer Feldsonde. Hierfür sollen zunächst durch eine Literaturrecherche gängige Aufbauformen von Feldsonden ermittelt werden. Kriterien für die Unterscheidung der Feldsonden sind, Frequenzkennlinie, zu erfassende Stromstärke und Stromform, sowie die mögliche resultierende Auflösung, abhängig von Sondendurchmesser und Leiterbahnbreite. Aufbauend auf der Literaturrecherche soll im Anschluss analytisch, unter Annahme geeigneter Vereinfachungen, die in der Feldsonde induzierte Spannung bestimmt werden. Diese soll dabei abhängig von dem Feldsondendurchmesser, der Windungszahl der Feldsonde, der relativen Position zwischen Flächenleiter und Feldsonde, der Leiterbahnbreite sowie dem, den Flächenleiter durchfließenden Flächenstrom, angegeben werden. Mit Hilfe dieses Zusammenhangs können zwei Feldsondenformen, die bei 100 kHz, einer Leiterbahnbreite von 25mm und einem sinusförmigen Strom von 25 A(RMS) besonders geeignet sind ausgewählt und sowohl analytisch als auch simulativ auf die Eignung als Messmittel hin untersucht werden (Messbereich, Empfindlichkeit, Dynamisches Verhalten, Fehlergrenzen). Abschließend sollen beide Feldsonden aufgebaut und die Ergebnisse der Voruntersuchungen am realen Messaufbau validiert werden.

Betreuer: Holger Gerstner (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761557; Email: Holger.Gerstner@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Frühest möglicher Beginn: 17.10.2016

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März