Projektlaufzeit: 11/2023 – 12/2024

Damit Strom dort ankommt, wo er benötigt wird, muss er verteilt, gewandelt und geregelt werden. Das ist die Aufgabe der Leistungselektronik. Denn leistungselektronische Stromversorgungen schließen Technologien wie Photovoltaik, Elektromobilität oder Wärmepumpen überhaupt erst an das Stromnetz an. Hier erzielte Fortschritte tragen damit flächendeckend zur Reduktion von Energiebedarf und Treibhausgas-Emissionen bei.

Unter besonderer Belastung stehen die verbauten Leistungshalbleiter. Nicht nur elektrisch, sondern auch thermisch tragen sie eine Hauptlast in jeder Stromversorgung. Ein effizientes Design der Stromversorgungen mit hohem Wirkungsgrad, hoher Leistungsdichte und geringem Ressourceneinsatz setzt daher möglichst genaue Kenntnisse über die elektrischen und thermischen Eigenschaften voraus. Für moderne Leistungshalbleiter lassen sich diese aber nur schwer bestimmen. Denn wenn Ströme von bis zu hundert Ampere bei mehreren hundert Volt Spannung im unteren Nanosekunden-Bereich geschaltet werden, dann kommt auch moderne Messtechnik an ihre Grenzen.

PULSAR soll entsprechende Messungen an der HTWK ermöglichen. Aufsetzend auf das Projekt SMITH ergänzen wir das bestehende Messsystem um zwei weitere Messplätze:

1. Eine Konfiguration zur Bestimmung von Schaltverlusten mittels Doppelpulsmessung. Die hier ermittelten Verluste werden für die Auslegung hart schaltender Topologien benötigt.
2. Eine Konfiguration zur Bestimmung von Schalter-Hystereseverlusten mittels neuer Ansätze. Die hier ermittelten Verluste werden für die Auslegung weich schaltender Topologien benötigt.

Letztgenannte Schalter-Hystereseverluste bilden einen Forschungskern von PULSAR. Konkret sollen mit dem vorgesehenen Messplatz bisher wenig untersuchte Hysterese-Effekte der nichtlinearen Ausgangskapazität Coss bei modernen Leistungshalbleitern sichtbar gemacht werden. Gerade in hochfrequent betriebenen Resonanzwandlern können diese Verluste zu einer übermäßigen Erwärmung der Schaltung führen.

Insgesamt stärkt PULSAR nicht nur nachhaltig unsere FuE-Infrastruktur, sondern liefert auch neue Erkenntnisse zu Verlustleistungen in Leistungshalbleitern. Damit können wir einen Beitrag zu dem übergeordneten Ziel von energieeffizienten, kompakten und ressourcenschonenden Stromversorgungen leisten.

Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK)