Bestimmung und Analyse der Verluste von Galliumnitrid-Leistungshalbleitern in einem Antriebsumrichter

ISBN-13: 9783819769993 / Niemiecki / Miękka / 144 str.

Martin Geppert

Opis

In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz von Galliumnitrid High Electron Mobility Transistoren in einem Antriebssystem untersucht. Dabei besteht das Antriebssystem aus einem dreistufigen Active-Neutral-Point-Clamped Wechselrichter (ANPC) mit einer synchronen Reluktanzmaschine als Last. Der Fokus der Untersuchungen liegt dabei auf dem Wirkungsgrad des Wechselrichters, basierend auf der Verlustleistung der Halbleiter. Es werden verschiedene Modulationsarten, Schaltfrequenzen und Verriegelungszeiten berücksichtigt und miteinander verglichen. Für die Durchführung der Untersuchungen wird zunächst ein detailliertes Verlustmodell des Halbleiters erstellt. Anschließend wird ein Gesamtmodell des ANPC mit Lastmaschine erstellt und verschiedene Anwendungsfälle simuliert. Neben GaN HEMTs wird ebenfalls der Einsatz von Siliziumkarbid MOSFETs untersucht und ein qualitativer Vergleich durchgeführt. Um die gewonnenen Erkenntnisse aus der Simulation zu verifizieren beschreibt diese Arbeit ebenfalls den Aufbau eines GaN basierten ANPC. Dabei wird zunächst im Rahmen des experimentellen Aufbaus auf Besonderheiten bei der Verwendung von GaN-Halbleitern hinsichtlich Leiterkartenlayout eingegangen. Zusätzlich zum Leistungsteil des ANPC wird der Steuerteil implementiert. Die Untersuchungen zeigen zunächst klare Unterschiede zwischen den beiden Halbleitermaterialien Siliziumkarbid und Galliumnitrid bei der Verwendung in einem Antriebswechselrichter. Es kann eine gute Übereinstimmung von Simulation und Messdaten hinsichtlich der Verlustleistungen bzw. des Wirkungsgrades erzielt werden.

Untersuchung des Einsatzes von Galliumnitrid High Electron Mobility Transistoren in einem Antriebssystem.