GaNext
Intelligent GaN Power Modules
Das GaNext-Projekt ist ein multinationales F&E-Verbundprojekt, welches ein intelligentes GaN-Leistungsmodul (GaN-IPM – Gallium Nitride-Intelligent Power Module) entwickelt. Innerhalb des IPM werden Wide Bandgap GaN-HEMTs, die zu einer Halbbrücke geschaltet sind, integriert. Durch die induktive Feed Forward Schaltung soll die Schaltgeschwindigkeit beschleunigt werden, sodass weniger Verluste entstehen. Dadurch kann die Leistungsdichte des Leistungswandlers erhöht werden. Das Ziel ist innerhalb des Moduls mit den Maßen 35 mm x 35 mm x 3,1 mm eine Spannungsfestigkeit von 650 V und eine Stromtragfähigkeit von 15 A zu erreichen. Durch eine Break-Out-Area, in der das Gate-Netzwerk angepasst werden kann, und durch einen frei programmierbaren Controller-IC kann das IPM flexibel in verschiedenen Applikationen eingesetzt werden.
Durch ungünstige Leitungsführungen im PCB können während eines Schaltvorgangs an einem Leistungshalbleiter hohe Energieverluste in Form von Wärmeentwicklung entstehen. Diese Wärmeenergie müsste durch große Kühlkörper an die Umgebung abgegeben werden, welche die baulichen Maße des Leistungswandlers vergrößert.
Der Lehrstuhl für Energiewandlung hat die Aufgabe eine optimale Ansteuerung und Leitungsführung innerhalb der Platine zu erstellen. Parasitäre Elemente sollen somit entweder reduziert oder zum Vorteil des Schaltverhaltens angepasst werden. Diese Optimierung erfolgt über die Momentenmethode in Ansys und über die Schaltungssimulationssoftware LTSpice. Ein wichtiger Bestandteil zur Reduzierung der Schaltverluste und somit auch zur Reduzierung der Wärmeentwicklung ist die induktive Feed Forward Schaltung (iFF), welche innerhalb der PCB integriert wird. Bestandteile der Optimierung des iFF-Verfahrens sind die Schnelligkeit und Stabilität des Schaltverhaltens und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Trotz der kompakten Bauweise sollen die Normen DIN EN 60664-1 und DIN EN IEC 61800-5-1 eingehalten werden.
- Optimierung eines Leistungskreises mittels der MoM von Ansys und LTSpice für ein schnelles und stabiles Schaltverhalten
- Einbettung des iFF-Verfahrens zur Reduzierung der Schaltverluste
- Erstellung einer Doppelpulsmessung zur Validierung und Verifikation des Schaltverhaltens einer induktiven Last
- Betrachtung der EMV durch das iFF-Verfahren
- Kompaktes Schaltungsdesign für den Automotive-Bereich
Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter der Förderkennung 16ME0083 gefördert.
