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Für einen erfolgreichen Einsatz von Wide-Bandgap mit einer hohen Flankensteilheit ist die Beherrschung der parasitären Elemente von zentraler Bedeutung. Am Beispiel eines integrierten Traktionsumrichters auf Basis von Siliziumcarbid werden in dieser Arbeit die parasitären Elemente des Leistungs- und Ansteuerteils analysiert und optimiert. Ziel ist die gezielte Optimierung der parasitären Elemente in den Komponenten Leistungsmodul, Zwischenkreiskondensator, Zwischenkreis und Ansteuerpfad unter Berücksichtigung des Systemgedankens. Diese Arbeit liefert einen Beitrag für Design-Richtlinien von Systemkomponenten aus Sicht des Gesamtsystems, sodass Barrieren für den erfolgreichen Einsatz von Wide-Bandgap Leistungshalbleitern in Antriebsumrichtern überwunden werden können.
Aktualisiert: 2023-03-23
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GaN-basierte Transistoren werden seit einigen Jahren als vielversprechende Kandidaten für zukünftige leistungselektronische Anwendungen gehandelt. Bei der Entwicklung dieser Bauelemente sollen insbesondere deren Durchbruchfestigkeit, Stromtragfähigkeit und Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Parallel soll die Effizienz immer besser werden. Um dies zu erreichen, müssen sowohl die epitaxische Struktur als auch das Design der Transistorstruktur optimiert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine umfassende systematische Studie der Designparameter eines AlGaN/GaN-HEMTs durchgeführt. Ziel dabei war es, ein Transistordesign zu entwickeln, das für leistungselektronische Anwendungen optimiert ist. Die entsprechenden Maßnahmen gliederten sich in zwei große Bereiche: „Design für hohe Spannung“ und „Design für niedrigen Ron und hohe Stromtragfähigkeit“.
Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden systematische Erkenntnisse, Optimierungsmaßnahmen und technologische Lösungen erarbeitet, die in ein neues Transistordesign einflossen. Ein entsprechend optimiertes Design für die angestrebte 65 mΩ-Klasse wurde vorgeschlagen: 134 Finger à 1,6 mm Fingerlänge bei einer Gesamtgateweite Wg = 214,4 mm auf einer Fläche von 10,12 mm². Die optimierten Transistoren wurden am FBH mittels p-GaN-Gate Normally-off-Technologie hergestellt. Im on-state wurde gezeigt, dass die Ströme von Ids max ~ 111 A bei einem Ron von ~ 52 mΩ und erreicht werden. Im off-state erreichten die Leistungselektronik-Transistoren die Durchbruchspannung von 700 V bei einem off-state Leckstrom unter 100 μA. Die hier entwickelten Transistoren zeigten sowohl im on- als auch im off-state ein gutes Potential für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen bis 600 V.
Aktualisiert: 2023-01-01
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In der vorliegenden Arbeit wird die Strangzahl in elektrischen Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen im Hinblick auf eine automobile Anwendung systematisch untersucht. Aufbauend auf einem Untersuchungsansatz werden Auslegungsvarianten verschiedener Strangzahlen gegenübergestellt und hinsichtlich Eigenschafts- und Parameterunterschieden analysiert. Systemische Vorteile bei einer Erhöhung der Strangzahl, beispielsweise mit Bezug auf eine Kapazitätsreduktion des Zwischenkreiskondensators durch PWM-Interleaving, werden aufgezeigt und anhand definierter Kriterien bewertet. Ebenso wird auf Besonderheiten und Herausforderungen, wie z. B. erhöhte taktungsbedingte Stromoberschwingungen im Betrieb mehrphasiger elektrischer Antriebssysteme, eingegangen. Im Anschluss an die Analysen wird eine mehrsträngige Versuchsmaschine ausgelegt, aufgebaut und am Antriebsprüfstand betrieben. Ausgewählte Untersuchungsergebnisse werden anhand von Messungen validiert.
Aktualisiert: 2023-01-01
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