WIDE BAND GAP Halbleiter
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 (verringerte Schalt- und/oder Leitverluste).
Besondere Eigenschaften
Wide Band Gap Materialien haben eine Reihe von überlegenen Materialeigenschaften im Vergleich zu Standard-Silizium.
Vorteile sind:
- 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.
Unsere Dienstleistungen
AIT bietet WBG-basierte Lösungen für verschiedene Anwendungen und technische Bereiche wie AC/DC-, DC/DC- und DC/AC-Wandler für PV-, Windkraft-, EV-Lade-, Antriebsstrang-, Datencenter-, Luftfahrt-, Raumfahrt- oder Schiffsanwendungen.
Testen neuer WBG-Komponenten und Gehäusetypen:
- Entwurf und Aufbau optimierter Prüfstände für WBG zur Verifikation systemrelevanter Parameter (z.B. Schalt-/Leitungsverluste etc.)
- Hybridisierung von WBG und/oder Siliziumkomponenten
Entwicklungsunterstützung für WBG-Konverter:
- Analytischer Systemauslegung
- 2-Ebenen-, Multi-Ebenen- und Multi-Zell-Topologien -> Umsetzung von 2-Level-, Multi-Level- und Multi-Zellen-Topologien
- Ein- und Dreiphasensysteme
- Systeme mit niedriger und mittlerer Leistung
- Seriell- und/oder parallelgeschaltete Lösungen für verbesserte Systemleistungsdichte, erhöhte Spannungsklassen und/oder erweiterte Stromtragfähigkeit
- Unterstützung beim Entwurf eines Kühlkonzepts
- Entwurf von Eingangs-/Ausgangsfilter und magnetischen Komponenten
Prototypische Implementierung und Verifikation:
- Entwurf oder Unterstützung bei der Erstellung von Schaltplänen und Platinen Layouts (ORCAD oder gleichwertige PCB-Entwurfssoftware)
- Erstinbetriebnahme des entwickelten Demonstrators
- Umfassende Testreihen des Gesamtsystems
- Report bzw. Labortestbericht
Controller Hardware-in-the-Loop (C-Hil) Services
Controller Hardware-in-the-Loop (C-HIL)-Methoden spielen eine zunehmend wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer leistungselektronischer Systeme, vor allem auch im Kontext von Energieumwandlung und erneuerbarer Energien.
Hierbei wird der leistungselektronische Teil des Systems innerhalb eines Echtzeitsystems modelliert und über eine kundenspezifische Schnittstelle mit dem Regelungssystem verbunden. Ein solcher Aufbau ermöglicht schnelle und umfassende Tests des Steuersystems eines Umrichters in allen realen und extremen Betriebssituationen mit ohne Hardware-Risiko. Mögliche Anwendungen für C-HIL-Methoden reichen von AC-zu-AC-, AC-zu-DC-, DC-zu-AC- und DC-zu-DC-Leistungselektronik-Umrichtern, skalierbar für jede Leistungsklasse.
Unsere Services
Schnittstelllendesign und Modellentwicklung
Unsere Expert*innen unterstützen bei der Gestaltung von kundenspezifischen Echtzeitsystemschnittstellen und der Entwicklung von C-HIL-Modellen.
- Entwurf einer kundenspezifischen Schnittstelle zwischen dem Echtzeitsystem-Emulator und der Ziel-Controller-Hardware
- Praktische Erfahrung mit den führenden Anbietern von Echtzeitsystemen wie Opal RT, PLECS RT Box, Typhoon HIL
- Entwicklung von C-HIL-Zielanwendungsmodellen (z.B. PV-Wechselrichter, Energiespeichersysteme, Mikrogrid mit aktivem Oberwellenfilter, MVAC, MVDC, HVDC, intelligente Netze und Energiesystemanwendungen)
Unterstützung von Regelerentwurf und -entwicklung
Mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet des Entwurfs und der Prüfung von Leistungselektronik bietet das AIT folgende Dienstleistungen:
- Bereitstellung einer AIT-Echtzeit-Systemumgebung
- Reglerentwicklung in Offline- und Echtzeitsimulation
- Rapid-Prototyping von Reglersystemen innerhalb des AIT-Controllers oder auf der Steuerungsplattform des Benutzerziels
Prüfung und Validierung
- Design-Präqualifikationstests und Validierung unter Verwendung von HIL-Technologie
- Design-Validierung im Labor
- Erweiterter C-HIL-Test mit verschiedenen Netzmodellen unter extremen Bedingungen
- Entwicklung von Python-Skript-basierten, vollständig automatisierten und anwendungsspezifischen Testverfahren
