M.Sc. Leonard Geier

M.Sc. Philipp Swoboda

offen

Motivation

Konventionelle Gate-Treiber werden üblicherweise für den Worst-Case-Betriebspunkt dimensioniert. Dieser liegt bei maximalem Strom vor und führt zur maximalen Überspannung über dem Halbleiter. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, muss deshalb die Schaltgeschwindig- keit entsprechend begrenzt werden. Der Antriebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs wird jedoch überwiegend im Teillastbereich betrieben. Aufgrund der dort vorliegenden geringeren Ströme und den daraus resultierenden geringeren Überspannungen könnte in diesem Bereich schneller geschaltet werden, als dies im Worst-Case möglich ist. Ein konventioneller Gate-Treiber, der nur auf einen Betriebspunkt ausgelegt ist, bietet diesen Freiheitsgrad jedoch nicht.
Adaptive Gate-Treiber hingegen ermöglichen eine arbeitspunktabhängige Variation der Schaltgeschwindigkeit, womit ein schnelleres und damit effizienteres Schalten im Teillastbereich möglich wird. Insgesamt kann so der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsstrangs gesteigert werden.
In vorangegangenen Arbeiten ist am Institut ein Prototyp das adaptiven Gatetreibers aufgebaut worden. Die Funktionsfähigkeit wurde in Doppelpulsmessungen nachgewiesen.

Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es die Einsparung von Schaltverlusten in der Anwendung zu untersuchen. Zu diesem Zweck soll ein kompakter Umrichter in der Leistungsklasse 200 kW entworfen und aufgebaut werden. Für den Leistungsteil existiert als Grundgerüst ein mechanischer Aufbau mit Wassergekühlten SiC-Modulen. Die Arbeit umfasst die Auslegung der noch fehlenden Komponenten der Signalverarbeitung und die Anpassung des Gatetreibers. Anschließend wird der Umrichter aufgebaut und in Betrieb genommen. In Labormessungen soll die Einsparung von Verlusten in der Anwendung nachgewiesen werden.