GaNius
Auf Galliumnitrid (GaN) basierende Wandler, die mit sehr hohen Schaltfrequenzen im Bereich zwischen 3 und 30 MHz betrieben werden, versprechen eine erhebliche Erhöhung der Leistungsdichte, eine erhöhte Systemdynamik und ermöglichen die Entwicklung völlig neuer Anwendungsfelder, wie z.B. im Bereich der kapazitiven Energieübertragung. Dieses Projekt adressiert die beiden zentralen Hürden auf dem Weg zu solch hohen Schaltfrequenzen: das Fehlen geeigneter Lösungen für hochintegrierte induktive Komponenten in diesem Frequenzbereich und das Fehlen hocheffizienter Lösungen für die sekundärseitige Synchrongleichrichtung.
Dieses Gemeinschaftsprojekt der Friedrich-Alexander-Universität und der Universität Stuttgart im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „GaNius“ zielt darauf ab, die umfassende Optimierung von hochfrequent getakteten, GaN-basierten, isolierten DC-DC-Wandlern mit monolithisch integrierten, aktiven Dioden auf der Sekundärseite zu untersuchen. Durch eine umfassende mathematische Analyse auf Schaltungsebene in Kombination mit einem Modellierungsworkflow der magnetischen Komponenten wird eine Multi-Domain-Optimierung des gesamten Wandlers im thermischen und elektrischen Bereich angestrebt. Die angewandte Designmethodik ist vollständig skalierbar und parametrisierbar, um sie auf andere Anwendungen und Technologien zu übertragen. Durch eine monolithische Integration einer aktiven Diode auf Basis von GaN soll eine selbstgesteuerte Gleichrichterstufe für MHz-Frequenzen hinsichtlich Effizienz, Leistungsdichte, Skalierbarkeit und Übertragbarkeit auf andere Anwendungen untersucht werden.
Auf dieser Grundlage sind die Ziele des Projekts definiert. Neben dem Erkenntnisgewinn zielt dieses Projekt darauf ab, wissenschaftlich fundierte, präzise, skalierbare und zuverlässige Werkzeuge (Substrate, Design- und Simulationsmethodik) für GaN-basierte isolierte DC-DC-Wandler mit selbstgesteuerten Gleichrichterstufen und Schaltfrequenzen im MHz-Bereich bereitzustellen.