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

immer mehr Gate-Treiberschaltungen auf unterschiedlichsten Bezugspotentialen, die sich auch noch mit ho-hen 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 des Forschungspraktikums soll ein geeignetes Konzept entwickelt werden. In diesem Zusammenhang zu adressierende Fragestellungen sind u.a.:

• Welche Leistungsanforderungen werden an ein solches System gestellt?
• Welche Werte für die Koppelkapazitäten sind aufgrund der entstehenden Ableitströme zulässig, auch unter Berücksichtigungen von Oszillationen und möglicherweise eingebrachten Filterstrukturen? Welche Anforderungen müssen die Bauelemente erfüllen.
• Welcher Aufbau der Koppelstrecke ist im Hinblick auf eine Toleranz gegenüber abweichenden Bauteilwerten und für den Fall mehrerer Sekundärseiten besonders geeignet?
• Welche (sende- und empfangsseitige) Topologien sind für eine kapazitive Energieübertragung von einigen hundert Milliwatt (bis wenige Watt) besonders geeignet?

Bearbeiter: Lukas Best

Betreuer: Adrian Amler, Martin März, Nikolai Weitz

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März