Joint Lab - die Kooperation

Das  Joint Lab Power Electronics, eine Kooperation zwischen dem FBH und dem Fachgebiet Leistungselektronik am Institut für Energie- und Automatisierungstechnik der TU Berlin, verbindet die am FBH laufenden Forschungsarbeiten zu GaN-Leistungs-Schalttransistoren mit leistungselektronischer Schaltungs- und Charakterisierungstechnologie an der TU Berlin. Die Kombination der Expertisen in Schaltungsarchitektur und GaN-Transistortechnologie bietet die Möglichkeit, die hervorragenden Eigenschaften der neuen Halbleitermaterialien mittels aufeinander angepasster Technologien optimal zu nutzen. Damit können hocheffiziente, kompakte und leichte Energiekonverter realisiert, mit anderen Technologien verglichen und technische  Grenzen aufgezeigt werden.

  • GaN-Halbbrückenmodul
    [+] Hybrid-integrierte Halbbrücke mit GaN-Transistoren und GaN-Dioden
  • GaN-Halbbrücke mit Treiber
    [+] Halbbrücke mit High- und Lowside-Treiberansteuerung
  • IR-Bild eines GaN-Transistors
    [+] Infrarot-Aufnahme eines GaN-Leistungstransistors im Betrieb
Bidirektionales Ausgangskennlinienfeld
Gepulste Messung des bi-direktionalen Kennlinienfelds eines selbstsperrenden GaN-Leistungstransistors
Schalttransiente GaN-Transistor
Vergleich des gemessenen und simulierten Einschaltverhaltens eines GaN-Leistungstransistors in Systemumgebung

Die Schwerpunkte der Arbeiten liegen in den Bereichen Charakterisierung, Modellierung und der Schaltungstopologie. Dabei konzentriert sich die Charakterisierung auf die dynamischen Schalteigenschaften und das thermischen Verhalten der Transistoren unter realen Betriebsbedingungen. Ziel ist eine exakte Beschreibung der Schalttransistoren als Basis für Design und Modellierung kompletter leistungselektronischer Schaltkreise sowie für die Erarbeitung von Regeln für einen inhärent sicheren Schaltbetrieb.

Ein neu entwickeltes Großsignalmodell auf der Basis von konzentrierten Elementen ist in der Lage, das Ein- und Ausschaltverhalten eines GaN-Leistungstransistors sehr gut zu beschreiben, so dass auf dieser Basis Schaltungskonzepte entworfen werden können

Integrierte, auf AlN-Substraten montierte Halbrücken (Chip-on-Board-Technologie) erreichten bereits eine Leistung von 600 W bei einem Wirkungsgrad von 97%. Sie enthalten selbstsperrende GaN-Transistoren mit 75 mΩ Einschaltwiderstand kombiniert mit GaN-Schottkydioden als Freilaufdioden und arbeiten bei 120 kHz und 200 V Betriebsspannung.