FP – Kapazitive Energieübertragung für die Energieversorgung von Gate-Ansteuerungen in fortschrittlichen Umrichter-Topologien

Die Anzahl an Halbleiterschaltern in modernen Umrichter-Topologien wächst stetig. Entsprechend müssen immer mehr Gate-Treiberschaltungen auf unterschiedlichsten Bezugspotentialen, die sich auch noch mit hohen Potentialänderungsgeschwindigkeiten gegeneinander bewegen, versorgt werden. Die Energieversorgung erfolgt heute entweder ohne galvanische Trennung, z.B. mittels einer Bootstrap-Schaltung, oder galvanisch isolierend, entweder mittels Laserenergie oder einem Transformator auf magnetischer oder piezoelektrischer Basis. Alle genannten isolierenden Varianten verursachen jedoch bei hohen Schalteranzahlen erhebliche Kosten, was den Einsatz komplexerer Topologien, z.B. MMCs, gerade bei kleineren Leistungen oft unattraktiv macht.

Mit Hilfe einer kapazitiven Energieübertragung kann prinzipiell eine sehr kostengünstige galvanisch getrennte Energieversorgung für viele Leistungsabnehmer auf unterschiedlichem Potential realisiert werden. Die Herausforderungen liegen jedoch im Spannungsfeld zwischen Robustheit gegenüber hohen Potentialänderungsgeschwindigkeiten, übertragbarer Leistung und EMV-Anforderungen.

Im Rahmen der Arbeit soll ein geeignetes Konzept entwickelt und experimentell erprobt werden. In diesem Zusammenhang zu adressierende Fragestellungen sind u.a.:

• Welche (sende- und empfangsseitige) Topologien sind für eine kapazitive Energieübertragung von einigen hundert Milliwatt (bis wenige Watt) besonders geeignet?
• Wie leitet sich aus der Spezifikation für ein solches System die Auslegung ab?
• Welche Auswirkungen haben Ableitströme aufgrund der anwendungsbedingten hohen Potentialänderungsgeschwindigkeiten auf den Leistungsteil und die Energieübertragungsstrecke, und wie lässt sich ein Kompromiss zwischen übertragbarer Leistung und den EMV-Anforderungen finden?

Betreuer: Adrian Amler

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Frühest möglicher Beginn: sofort

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März