Home Innovation Durchbruch: Flexible Lademöglichkeiten mit GaN Power ICs

Durchbruch: Flexible Lademöglichkeiten mit GaN Power ICs

von redaktion
GaNIAL, Fraunhofer IAF

Ein Fraunhofer-Forscherteam hat die Funktionalität eines GaN-basierten Halbleiterchips signifikant erhöht. Das ist ein entscheidender Beitrag in puncto effizientere, kompaktere On-Board-Ladegeräte in E-Autos. Solche Geräte machen die Nutzer von fest installierten DC-Ladepunkten unabhängiger und sind bei der langfristigen Durchsetzung der E-Mobilität ein wichtiger Faktor. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF forscht seit mehreren Jahren an der monolithischen Integration im Bereich der Leistungselektronik. Dem Forscherteam gelang es nun erstmals Strom- und Temperatursensorik, Leistungstransistoren der 600 V-Klasse mit intrinsischen Freilaufioden und Gate-Treiber in einem GaN Power IC zu vereinen. Der Funktionsnachweis stellt einen Durchbruch in der Integrationsdichte leistungselektronischer Systeme dar. Der Titel des Projektes GaNIAL steht für „Integrierte, hocheffiziente Leistungselektronik auf der Basis von Galliumnitrid.“

Im Vergleich zu herkömmlichen Spannungswandlern ermöglicht die neu entwickelte Schaltung höhere Schaltfrequenzen und damit eine höhere Leistungsdichte. Gleichzeitig erlaubt sie eine schnelle und genaue Zustandsüberwachung direkt im Chip. Bisher wurden Strom- und Temperatursensoren außerhalb des GaN-Chips positioniert. Der integrierte Stromsensor ermöglicht nun die rückwirkungsfreie Messung des Transistor-Stroms zur Regelung und zum Kurzschluss-Schutz und spart Platz im Vergleich zu den üblichen externen Stromsensoren. „Die monolithisch integrierte GaN-Leistungselektronik mit Sensorik und Ansteuerung spart Chipfläche, reduziert den Aufwand für die Aufbautechnik und erhöht die Zuverlässigkeit. Für Anwendungen, in denen viele möglichst kleine und effiziente Systeme auf wenig Platz verbaut werden müssen, wie etwa der Elektromobilität, ist das entscheidend“, sagt Stefan Mönch, Forscher im Bereich Leistungselektronik am Fraunhofer IAF, der die integrierte Schaltung für den GaN-Chip entworfen hat. Der 4 x 3 mm²-kleine Chip bildet die Basis für die weitere Entwicklung von kompakteren On-Board-Ladegeräten.

Das Projekt GaNIAL wird vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das Fraunhofer IAF arbeitet seit 2016 zusammen mit der BMW Group, Robert Bosch GmbH, Finepower GmbH und der Universität Stuttgart daran leistungsfähige, kompakte Komponenten auf GaN-Basis für die Elektromobilität zu entwickeln. Projektpartner Finepower präsentiert das neu entwickelte GaNLeistungsmodul auf der Ausstellung der diesjährigen PCIM Europe (7.-9. Mai, Nürnberg). Auf der begleitenden Konferenz stellen Forscher des Fraunhofer IAF ihre neuesten Forschungsergebnisse und Entwicklungen im Bereich der Leistungselektronik vor.

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