WBG Halbleiter: Schlüsseltechnologie für leistungsdichte und umweltfreundliche Energieumwandlung
Wide Bandgap (WBG)-Halbleiter wie Siliziumkarbid (SiC)-MOSFETs und Galliumnitrid (GaN)-Transistoren sind potenzielle Wegbereiter für moderne leistungselektronische Systeme mit ultrahoher Leistungsdichte (geringeres Kühlkörpervolumen aufgrund niedriger Verluste und kompaktere passive Komponenten als Benefit höherer Schaltfrequenzen), verringerter Systemkomplexität (erhöhte maximale Sperrspannungsfähigkeit möglich) und effizienterer und daher umweltfreundlicherer Energieübertragung/-wandlung durch (verringerte Schalt- und/oder Leitverluste).
BESONDERE EIGENSCHAFTEN VON HALBLEITERN MIT WEITEM BANDABSTAND
Wide Bandgap-Materialien weisen eine Reihe überlegener Materialeigenschaften im Vergleich zu herkömmlichem Silizium auf. Die Bauteile erlauben höhere Temperaturen, verfügen über verbesserte Sperrspannungseigenschaften und können schneller geschaltet werden. Dadurch können sie, bei gleicher Bauform, mit geringeren Verlusten betrieben werden, was mit kleineren Kühlkörpern führt. Höhere Schaltfrequenzen führen in der Regel zu kleineren Filteranordnungen sowie zu einer verbesserten Systemdynamik.
Vorteile von Wide-Bandgap Halbleitern
- Betrieb von Halbleitern bei höherer maximaler Chip-Temperatur
- verbesserte Leistungsdichte der Bauelemente
- verringerte Halbleiterverluste
- erhöhte Systemdynamik aufgrund des Betriebs mit höherer Schaltfrequenz
- einer kompakteren Chip-Größe bei gleicher maximaler Sperrspannungsbewertung von Silizium-Bauelementen oder einer höheren Sperrspannung im Vergleich zu ähnlichen Silizium-Chip-Abmessungen.
Wide-Bandgap Halbleiter: Entwicklung und Test von Prototypen
AIT stellt eine umfangreiche Palette an Dienstleistungen und Expertise bereit. Wir verfügen über wissenschaftliches und angewandtes Know-how im Bereich Wide-Bandgap und bieten maßgeschneiderte Lösungen an. Dank unserer eigenen Design-, Entwicklungs- und Testeinrichtungen können wir flexibel und effizient auf individuelle Anforderungen eingehen. Darüber hinaus unterstützen wir aktiv bei der Erstellung von Forschungsanträgen und übernehmen die effiziente Koordination von Forschungs- und Entwicklungs-Projekten, um innovative Ergebnisse zu gewährleisten.
AIT bietet Wide-Bandgap Semiconductor-basierte Lösungen für verschiedene Anwendungen und technische Bereiche wie AC/DC-, DC/DC- und DC/AC-Wandler für PV-Anlagen, Windkraftanlagen, EV-Ladeanwendungen, Antriebsstranganwendungen, Datencenteranwendungen, Luftfahrt-, Raumfahrt- oder Schiffsanwendungen.
TESTEN und Charakterisieren NEUER Wide-Bandgap-KOMPONENTEN UND GEHÄUSETYPEN
Im Rahmen unserer Forschung und Entwicklung fokussieren wir uns intensiv auf die Erprobung neuer Wide-Bandgap-Devices und deren Packages wie z.B. Top-Side Cooling. Ein zentrales Element dabei ist der Entwurf und Aufbau optimierter Prüfstände speziell für Wide-Bandgap. Diese dienen der Verifikation systemrelevanter Parameter wie Schalt- und Leitungsverluste. Zusätzlich erforschen wir die Hybridisierung von Wide-Bandgap mit Devices basierend auf anderen Wide-Bandgap oder klassischen Materialien, wie Silizium, um innovative, leistungsfähige, aber auch kosteneffiziente Lösungen zu entwickeln.
ENTWICKLUNGSUNTERSTÜTZUNG FÜR Wide-Bandgap-KONVERTER
Im Bereich der Entwicklung unterstützen wir aktiv bei der Konzeption von Wide-Bandgap-Konvertern durch eine umfassende Analyse der Systemauslegung. Dabei setzen wir auf verschiedene Topologien wie 2-Ebenen-, Multi-Ebenen- und Multi-Zell-Strukturen und um eine maßgeschneiderte Lösung zu realisieren. Unsere Expertise erstreckt sich über Ein- und Dreiphasensysteme sowie Systeme mit niedriger und mittlerer Leistung. Um die Systemleistungsdichte zu optimieren und die Spannungsklassen zu erhöhen oder die Stromtragfähigkeit zu erweitern, bieten wir auch serien- und/oder parallelgeschaltete Lösungen an. Zudem unterstützen wir beim Entwurf eines effizienten Kühlkonzepts und entwickeln Eingangs-/Ausgangsfilter sowie magnetische Komponenten für eine ganzheitliche Lösung.
Wirkungsgradkurve von Wide-Bandgap Konvertern
WBG(Wide-Bandgap)-Leistungshalbleiter eröffnen vielfältige Optimierungsmöglichkeiten. Dies könnte beispielsweise durch die Parallelschaltung von Bauelementen oder ganzer Konverterstufen zur Steigerung der Leistungsdichte geschehen. Multi-Zellen- oder Multilevel-Ansätze könnten die Sperrspannungsfähigkeit erhöhen und so den Zugang von Wide-Bandgap zu Mittel- und/oder Hochspannungsanwendungen ermöglichen. Auch resonante Topologien werden verwendet, um die Effizienz von Wide-Bandgap-Systemen zu optimieren und auf ein maximales Niveau zu bringen.
PROTOTYPISCHE IMPLEMENTIERUNG UND VERIFIKATION
Im Bereich der prototypischen Implementierung und Verifikation bieten wir umfangreiche Dienstleistungen an. Wir unterstützen aktiv beim Entwurf oder bei der Erstellung von Schaltplänen und Platinenlayouts, wobei wir OrCAD oder gleichwertige PCB-Entwurfssoftware nutzen. Nach der Entwicklung folgt die Erstinbetriebnahme des Demonstrators. Anschließend führen wir umfassende Testreihen des Gesamtsystems durch, um dessen Funktionalität und Leistungsfähigkeit zu überprüfen. Schließlich erstellen wir einen detaillierten Report bzw. Labortestbericht, der die Ergebnisse und Erkenntnisse dokumentiert.
