MA – Entwicklung und Charakterisierung eines ANPC-Inverters für Zwischenkreis¬spannungen über 1 kV mit Verlust- und Temperaturbestimmung in einzelnen topologischen Schaltern

Die ständig wachsende Zahl von Elektrofahrzeugen stellt eine bemerkenswerte Veränderung in der Industrie dar. Derzeit verwenden die meisten Elektrofahrzeuge Zwei-Level-Inverter mit einer maximalen Zwischen­kreis­spannung von bis zu 800 V. Um größere Leistungen und schnellere Ladevorgänge (bis zu MW) zu erreichen, suchen einige Hersteller nach Antriebslösungen mit Zwischenkreisspannungen über 1 kV. Für diese Anwendung bieten sich Drei-Level-Inverter wie beispielsweise der Neutral-Point-Clamped (NPC) Inverter an, da hier die einzelnen Leistungshalbleitermodule nur mit der halben Zwischenkreisspannung belastet werden. Ein Nachteil der NPC-Topologie ist die ungleichmäßige Verteilung der Verlustleistung auf die einzelnen Schalter. Eine Alternative ist der Active-Neutral-Point-Clamped (ANPC) Inverter, welcher die Beeinflussung der Verlustverteilung durch verschiedene Kommutierungsstrategien erlaubt. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Hardware eines ANPC-Inverters für Laborversuche entwickelt werden. Damit können in weiterführenden Arbeiten verschiedene Ansteuerungs- und Kommutierungsstrategien getestet werden und die Auswirkungen auf die Verlustleistungsverteilung in den einzelnen Schaltern verglichen werden. Die Arbeit umfasst:

  1. Hardwareentwicklung einer Phase eines ANPC Inverters für Laborversuche (Spezifikationen: Zwischenkreisspannung: U­ZK=1480V, Phasenstrom IRMS=30A, max. Schaltfrequenz fsw,max=50kHz)
  2. Bauelementauswahl und Entwicklung einer Ansteuerschaltung inklusive Sicherstellung von Totzeiten in Hardware
  3. Vergleich und Auswahl geeigneter Methoden für Temperaturmessung der MOSFET im Betrieb sowie für Spannungs- und Strommessungen
  4. Entwicklung eines Interfaces zu einem system-on-a-chip FPGA Controller (MicroZohm/UltraZohm)
  5. Aufbau und Inbetriebnahme des Systems
  6. Induktivitätssimulation der Kommutierungszelle
  7. Zth-Messung
  8. Charakterisierung der MOSFET mittels Doppelpuls für Verlustleistungs- und thermische Modelle

 

Bearbeiter: Andreas Petri

Betreuer: Jordan Sorge, Qifan Yang

Abgabe: 28.02.2025

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März