Online-Seminar  /  22. September 2021, 09:00-12:30 Uhr

Schaltverluste von Leistungshalbleitern#

Leistungselektronische Wandler bilden das Rückgrat für die Transformation des Energiesystems. Ihre Energie- und Ressourceneffizienz trägt maßgeblich zur Verringerung der Schadstoffemissionen bei, da jeder Energiebetrag, der aus erneuerbaren Quellen in das Stromnetz eingespeist werden kann, die Verwendung einer äquivalenten Menge fossiler Energieträger verhindert. Während in stationären Anwendungen die Energieeffizienz der entscheidende Kostenfaktor ist, muss in mobilen Anwendungen zusätzlich auf das Eigengewicht dieser Wandler geachtet werden, um die notwendige Beschleunigungsenergie gering zu halten.

Aus diesen Gründen werden zunehmend Leistungshalbleiter aus “Wide Band Gap”-Materialen eingesetzt, die im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Halbleitern deutlich kleiner ausfallen und gleichzeitig wesentlich schnellere Schaltvorgänge mit entsprechend reduzierten Schaltverlusten ermöglichen. Diese schnellen und verlustärmeren Schaltvorgänge können die Größe und auch die Effizienz eines leistungselektronischen Wandlers entscheidend beeinflussen, was in der aktuellen Fachliteratur, aber auch durch Wettbewerbe wie z. B. die “Google Little Box Challenge” eindrücklich bewiesen wird.

Eine kritische Voraussetzung für die Ausnutzung dieser vorteilhaften Eigenschaften ist die genaue Kenntnis der Schaltverluste, da sie maßgeblich die verwendbare Schaltfrequenz beeinflussen. Die von der Silizium-Technik bisher genutzten Standardverfahren, die zur Ermittlung dieser Verluste üblicherweise verwendet werden, stoßen jedoch aufgrund der immens hohen Messtechnik-Anforderungen an ihre Grenzen. Besonders der Doppelpulstest, der aufgrund seiner vergleichsweise kurzen Messzeit gegenüber der Kalorimetrie bevorzugt wird, stellt hohe Anforderungen an die Bandbreite der verwendeten Sensoren. Mehrere Detailuntersuchungen konnten jedoch zeigen, dass nicht nur die Bandbreite, sondern auch die Rückwirkung der Sensoren auf das Messobjekt selbst einen massiven Einfluss auf das Messergebnis ausüben.

In diesem Seminar werden Lösungswege aufgezeigt, mit denen sich das Standardverfahren Doppelpulstest dennoch für viele “Wide Band Gap”-Leistungshalbleiter adaptieren lässt. Außerdem werden die Grenzen der Anwendbarkeit dieses Messprinzips aufgezeigt, die durch die verfügbare Messtechnik gesetzt werden.