SiCmodul

 

SiC-basierte modulare Leistungselektronik für ausfallsichere Antriebstechnik

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Markus Neubert

Oberingenieur Leistungselektronik und Elektrische Antriebe

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Halbleiter auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) werden aktuell nur vereinzelt für Antriebsumrichter im Automotive-Bereich verwendet, obwohl diese eine höhere Leistungsdichte bei gesteigerter Effizienz versprechen. Die größten Hindernisse zum flächendeckenden Einsatz von SiC-MOSFETs sind der höhere Preis der Halbleiter und eine aufwändige Aufbau- und Verbindungstechnik zur effektiven Kühlung der Bauteile. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt SiCmodul wird zusammen mit den Partnern AixControl, Bosch, Continental, Daimler, Fraunhofer IZM, Schweizer Electronic, TLK Thermo und ISEA ein neuartiges Moduldesign mit platinenintegrierten SiC-Halbleitern erforscht. Das Modul ermöglicht Spitzentemperaturen der Halbleiter von bis zu 200 °C, wodurch eine deutliche Steigerung der Leistungsdichte erreicht werden kann. Gleichzeitig soll durch die Integration der Halbleiter in die Platine eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden.

Das ISEA entwickelt in SiCmodul einen hochtemperaturfähigen Gatetreiber zur Ansteuerung der Halbleiter sowie eine Strom-, Spannungs- und Temperatursensorik. Der Gatetreiber beinhaltet eine schnelle Überstromerkennung, die das Leistungsmodul im Fehlerfall in einen sicheren Betrieb versetzt. Weiterhin ist eine Möglichkeit zur Beeinflussung des Schaltvorgangs vorgesehen. Damit können beispielsweise die Spannungsflanken an den Phasenausgängen dynamisch reduziert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer der Wicklungsisolation der angeschlossenen Maschine auswirkt.
Die Validierung des Moduldesigns erfolgt unter anderem durch den Aufbau eines sechsphasigen Traktionsumrichters mit einer Leistung von 160 kW, der in eine Asynchronmaschine integriert wird. Der sechsphasige Aufbau bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich der Redundanz, da bei einem Ausfall eines einzelnen Moduls ein Weiterbetrieb mit reduzierter Leistung ermöglicht wird.
Erste Charakterisierungen des Leistungsmoduls zeigen bereits das hohe Potential des Aufbaus mit platinenintegrierten SiC-MOSFETs. Die Kommutierungsinduktivität liegt mit 1,7 nH deutlich unter dem Wert kommerziell erhältlicher SiC-Module.

 

Laufzeit

01. Januar 2018 – 31. Dezember 2020

 
 

Fördergeber

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