Technologien

Eine zentrale Innovation dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung von GaN-Leistungsbauelementen und integrierten Schaltungen, die die wesentlichen Einschränkungen heutiger Lösungen überwinden, nämlich eine Sperrspannung von über 1,2 kV, eine hohe Isolationsfähigkeit und ein optimiertes Wärmemanagement. Das Projekt zielt auf GaN-Leistungs-ICs mit Nennwerten von 1,7 kV und 10 A ab, die auf isolierenden Substraten wie SiC oder Saphir realisiert werden, um eine vertikale Isolation von mehr als 10 kV zu erreichen. Diese Plattform ermöglicht zudem einen integrierten, isolierten Gate-Treiber, der auf einem zum Patent angemeldeten Konzept basiert, und unterstützt gleichzeitig die direkte Montage auf einem Kühlkörper für eine verbesserte Wärmeabfuhr. Darüber hinaus ist die Technologie darauf ausgelegt, den Parallelbetrieb von GaN-Bauelementen zu erleichtern, was eine höhere Strombelastbarkeit und skalierbare Leistungsumwandlungssysteme ermöglicht. 

Mittelspannungs-Planartransformatoren überwinden die Grenzen herkömmlicher planarmagnetischer Technologien

Eine weitere wichtige Innovation des Projekts ist die Entwicklung von planaren Mittelspannungstransformatoren, die die wesentlichen Einschränkungen der derzeitigen Mittelfrequenztransformatoren überwinden, die in der Regel auf Niederspannungsanwendungen beschränkt sind und eine begrenzte Leistungsdichte aufweisen.

Ein modulares Leiterplatten-Design ermöglicht eine Isolationsspannung von 6 kV und hohe Leistungsdichten

Die vorgeschlagene Technologie zielt darauf ab, durch ein optimiertes, modulares und skalierbares Leiterplatten-Design eine Mittelspannungs-Isolationsspannung von 6 kV sowie Leistungsdichten von über 10 kW/L zu erreichen.

Eine fortschrittliche Kühllösung unterstützt den Hochleistungsbetrieb

Dieser Ansatz soll die Herstellungskosten senken und die Markteinführungszeit verkürzen und gleichzeitig den praktischen Einsatz in Systemen mit höherer Leistung ermöglichen. Eine fortschrittliche Kühllösung für den Hochleistungsbetrieb basiert dabei auf einem zum Patent angemeldeten Konzept.

TPC und AND ermöglichen eine einfachere Kommunikation und Konfiguration von Leistungswandlern

Eine weitere Innovation des Projekts ist Talkative Power Conversion (TPC) und Automatic Network Discovery (AND), die die derzeitigen Einschränkungen bei der Interoperabilität und bei der Aufrüstung von leistungselektronischen Systemen überwinden sollen.

Die Kommunikation ist direkt in die GaN-basierte Leistungselektronik integriert

Das Konzept sieht eine in die Stromleitung integrierte Kommunikationsverbindung ohne zusätzliche Hardware vor, die durch die schnellen Schalteigenschaften von GaN ermöglicht wird

Automatic Network Discovery erkennt die Systemkonfiguration automatisch

Diese integrierte Kommunikationsfähigkeit ermöglicht die automatische Netzwerkerkennung, einschließlich der Erkennung von Modulen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Dadurch kann das System seine Konfiguration automatisch und ohne manuelle Eingriffe erkennen.

Die automatische Konfiguration reduziert den Inbetriebnahmeaufwand und erhöht die Flexibilität

Dadurch entfällt die Notwendigkeit, jedes Modul einzeln zu parametrieren. Dies vereinfacht die Inbetriebnahme, reduziert das Risiko manueller Fehler, erhöht die Flexibilität und unterstützt skalierbare Wandlerarchitekturen.

Ein isolierter Leistungswandler bündelt fortschrittliche Technologien in einem kompakten PEBB

Eine letzte wichtige Neuerung bei der Integration der entwickelten Technologien in einen isolierten Stromrichter, der als „Power Electronic Building Block“ (PEBB) umgesetzt wurde. Er soll die derzeitige Einschränkung überwinden, dass GaN-Bauelemente und planare Transformatoren nach wie vor hauptsächlich in Niederspannungsanwendungen zum Einsatz kommen, während der Parallelbetrieb von GaN-Bauelementen und die Interaktion zwischen mehreren PEBBs weiterhin komplex sind.

Der DC/DC-Wandler integriert GaN und planare Transformatoren in einem funktionalen Baustein

Ziel des Projekts ist ein DC/DC-Wandler für ein integriertes Leistungsmodul, der diese fortschrittlichen Technologien in einem kompakten und funktionalen Baustein vereint.

Ein Plug-and-Play-PEBB vereinfacht die Systemintegration und reduziert den Konfigurationsaufwand

Das zentrale Ziel besteht darin, den ersten Plug-and-Play-PEBB zu realisieren, der die Systemintegration vereinfacht, den Konfigurationsaufwand reduziert und modularere, interoperable sowie skalierbare Leistungsumwandlungsarchitekturen ermöglicht.