Entwicklung eines intelligenten Gate-Treibers zur arbeitspunktabhängigen Einstellung der Schaltgeschwindigkeit

  • Motivation

    Konventionelle Gate-Treiber werden üblicherweise für den Worst-Case-Betriebspunkt dimensioniert. Der in diesem Fall auftretende maximale Strom führt u.a. zur maximal auftretenden Überspannung über dem Halbleiter. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, muss deshalb die Schaltgeschwindigkeit entsprechend begrenzt werden. Leistungselektronische Systeme werden jedoch am häufigsten im Teillastbereich betrieben. Aufgrund der dort vorherrschenden 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 u.U. der Wirkungsgrad des gesamten leistungselektronischen Systems gesteigert werden.

    Aufgabenstellung

    Ziel dieser Arbeit ist es, einen Demonstrator eines adaptiven Gate-Treibers zu entwickeln, welcher mit möglichst geringem Aufwand in ein bestehendes Stromrichtersystem integriert werden kann. Die Ansteuersignale sollen dabei identisch mit jenen eines konventionellen Gate-Treibers sein. Dazu muss der zu entwickelnde Treiber in der Lage sein, den aktuellen Arbeitspunkt des zu schaltenden Leistungshalbleiters festzustellen und daraufhin die entsprechende Schaltgeschwindigkeit auszuwählen.

    Die Arbeit umfasst die Konzeption und Entwicklung, sowie den Aufbau, die Inbetriebnahme und die Vermessung der Treiberplatine. Abschließend soll anhand einer realen Anwendung gezeigt werden, inwiefern sich möglichen Effizienzsteigerungen bemerkbar machen. Der Fokus der Entwicklung soll dabei auf einer möglichst einfachen und kostengünstigen Lösung liegen.