Forschungsschwerpunkt

Die Verwendung von SiC-Halbeitern in den Antriebsumrichtern wird immer gefragter. SiC bietet die Möglichkeit durch geringere Schalt- und Leitverluste im Vergleich zu Silicium-FETs die Leistungsdichte und die Effizienz im System zu erhöhen. Der am Fraunhofer aufgebaute Umrichter wurde in 6-phasiger Topologie realisiert. Mit dem passenden Elektromotor ergeben sich daraus einige Vorteile für den elektrischen Antriebsstrang. Zum einen entsteht damit eine Redundanz: Bei Ausfall einer Phase ist ein Notbetrieb mit dem verbleibenden 3-Phasen-System möglich.  Zum anderen kann durch gegenphasiges Ansteuern der zwei Phasensysteme eine Reduktion der durch Gleichtaktstörung erzeugten elektromagnetischen Störpegel und Lagerströme um 30dB erreicht werden. Dieses würde zum einen den Verzicht auf Schirmung ermöglichen, zum anderen führt die Reduktion der Lagerströme zu geringerem Verschleif und weniger Aufwand zur Isolation der Lager der E-Maschine.

Im Projekt SiC-Effizient ist ein Aufbau realisiert, mit dem die SiC-MOSFETs an ihren elektrischen Grenzen betrieben werden. Dieses wird zum einen durch ein optimiertes thermisches Interface realisiert. Hierbei werden die Halbleiter direkt auf dem Kühlkörper über eine Silbersinterverbindung angebunden. Zum anderen wird zur Reduzierung der Schaltverluste besonderer Wert auf die niederinduktive Anbindung des Zwischenkreiskondensators gelegt. Durch eine Kommutierungszelleninduktivität von < 2.4nH bei zwei parallelen Halbleitern und besonders leistungsfähiger Treiberendstufe wird schnelles Schalten mit Spannungssteilheiten von bis zu 60kV/µs ermöglicht.