Elektrolumineszenz-Sensorik für SiC Leistungselektronik

 

DFG Forschungsprojekt zur Echtzeit-Monitoring von SiC-Leistungsmodulen mittels spektraler Elektrolumineszenz-Sensorik

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Christoph van der Broeck

Oberingenieur Reliable Power Electronic Systems

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  Spektrum einer SiC-MOSFET-Bodydiode für verschiedene Sperrschichttemperaturen und Ströme Spektrum einer SiC-MOSFET-Bodydiode für verschiedene Sperrschichttemperaturen und Ströme

Dieses Forschungsvorhaben zielt darauf ab, präzise und minimal-invasive Echtzeit-Monitoringtechnologien für SiC-Leistungsmodule zu entwickeln, welche das Elektrolumineszenzspektrum der SiC-Bodydiode zur Temperatur- und Strommessung der Bauelemente nutzen. Nach einer Charakterisierung des Elektrolumineszenzspektrums der SiC- Bodydiode für einen weiten Betriebsbereich sollen verschiedene Designoptionen für Sensoren entwickelt und experimentell ausgewertet werden, welche die optischen Spektralinformationen in Echtzeit extrahieren. Eine wichtige Forschungsfrage in diesem Zusammenhang ist, wie der Strom und die Sperrschichttemperatur des SiC MOSFETs unabhängig voneinander erfasst werden können. Zu diesem Zweck werden Systemidentifizierungstechniken, Beobachter und Methoden der künstlichen Intelligenz zu neuen multiphysikalischen Monitoringverfahren kombiniert, die beide Variablen mit hoher Bandbreite, geringem Rauschen und der erforderlichen Präzision extrahieren. Darauf aufbauend werden im Zuge dieses Vorhabens Methoden zur leistungsmodulintegrierten Elektrolumineszenz-Sensorik auf Basis von Glasfasern entwickelt und erforscht, um ein Multi-Chip-Leistungsmodul mit minimalem Erfassungsaufwand zu überwachen.

Die Forschungsförderung der DFG ermöglicht der "Reliable Power Electronic Systems" Gruppe des ISEA das beschriebene Forschungsvorhaben im Rahmen des „Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction“ (CARL) in Aachen über einen Zeitraum von drei Jahren zu verfolgen. Das Forschungsvorhaben soll eine präzise elektrothermische Überwachung zukünftiger hochintegrierter Leistungselektronik mit hoher Bandbreite ermöglichen, um SiC-Leistungsmodule vor Ausfällen durch übermäßige thermische Belastung oder Überströme zu schützen.

 

Laufzeit

01. Mai 2020 – 30. April 2023