MA – 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 unterschiedlichen Potentialen realisiert werden. Die Herausforderungen liegen jedoch im Spannungsfeld zwischen Robustheit gegenüber hohen Potentialänderungsgeschwindigkeiten, übertragbarer Leistung und EMV-Anforderungen.

Im Rahmen der Masterarbeit sollen die im Forschungspraktikum gewonnenen Erkenntnisse vertieft werden, insbesondere in Bezug auf noch offene Fragen der praktischen Umsetzung. In diesem Zusammenhang zu adressierende Fragestellungen sind u.a.:

• Wie ist auf Basis der bisherigen Erkenntnisse die Auslegung der Kernkomponenten der Übertragungsstrecke zu wählen?
• Welchen Einfluss haben schnelle Potentialänderungen (CM) auf das System? Wie lassen sich etwaige Störstrome ableiten oder vermeiden?
• Wie können CM-Einflüsse im Modell berücksichtigt und quantifiziert werden? Wie kann die bisherige Modellierung darum erweitert werden?
• Zur Verifikation der gewonnenen Erkenntnisse soll ein PCB-basierter Technologiedemonstrator aufgebaut, in Betrieb genommen und umfassend charakterisiert werden.

Bearbeiter: Lukas Best

Betreuer: Adrian Amler, Martin März, Nikolai Weitz

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März