Die wichtigsten Themenblöcke auf der PCIM Europe 2009 - Konferenzmesse für Leistungselekronik

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Halbleitermaterialien mit großem Bandabstand

Bild 4: Uwe Scheuermann, SEMIKRON: „Ein ganz wichtiger Themenkomplex während der PCIM ist die Bestimmung der Chiptemperatur, die für jede Anwendung von entscheidender Bedeutung ist.“ (Archiv: Vogel Business Media)

Nachfolgend stellt Dr. Uwe Scheuermann, Konferenzdirektor Power Electronics, einige besondere Trends vor, die das diesjährige Konferenzprogramm prägen. Scheuermann: „Der erste Schwerpunkt sind die Bauelemente aus Halbleitermaterialien mit großem Bandabstand, die in der Sitzung Wide Bandgap Materials and Devices zusammengefasst sind und die als Special Session stattfindet. Hier ist natürlich immer noch SiC das wichtigste Thema.“

Infineon stellt dazu ein zweiphasiges JFET-Modul aus der Baureihe Easy2B vor, bei dem die Leistungsschalter durch eine Kaskadenschaltung eines Niedervolt-Si-MOSFET und einem SiC-JFET realisiert sind. Scheuermann: „Dieser Umweg ist notwendig, um aus dem Normally-on-Verhalten des JFET einen Normally-off-Schalter zu erzeugen, der in einem spannungsgespeisten Wechselrichter zum sicheren Betrieb zwingend erforderlich ist. Ein Vergleich der Schaltverluste mit der konventionellen Paarung IGBT und Freilaufdiode aus Si und mit der Kombination Si-IGBT und SiC-Freilaufdiode als Funktion der Frequenz zeigt den Anwendungsbereich dieses Moduls.“

Vor- und Nachteile der SiC-Komponenten

In einem Beitrag der Firma Cree sind die Vor- und Nachteile von MOSFETs, JFETs und BJTs auf SiC-Basis verglichen. Die Firma Mitsubishi wird als Marktführer im Bereich der IGBT-Module über Forschungsergebnisse zum Einsatz von SiC-Bauelementen berichten. Schließlich werden in einem Beitrag von International Rectifier die Chancen des Einsatzes von GaN-Bauelementen dargestellt.

Scheuermann: „Theoretische Überlegungen zeigen, dass der spezifische Bahnwiderstand von Leistungsschaltern auf GaN-Basis gegenüber SiC-Bauelementen nochmals um etwa den Faktor 10 bei gleicher Sperrspannung gesenkt werden kann.“

Die Renaissance der Multilevel Converter

Ein zweiter Schwerpunkt der PCIM 2009 ist das Thema Multilevel Converters. Die Geschichte des Multilevel Converters begann Anfang der 80er-Jahre, als erstmals eine solche Topologie auf der Basis bipolarer Leistungstransistoren vorgestellt wurde. Da die Spannungsbelastung durch die Topologie auf mehrere Schalter verteilt wird, konnten mit diesem Konzept Anwendungen mit Spannungsanforderungen bedient werden, für die die Sperrfähigkeit einzelner Schalter nicht ausreichte.

Scheuermann: „Nach der Einführung von 1700-, 3300- und sogar 6500-V-IGBTs und Freilaufdioden entfiel diese Triebkraft und der Multilevel Converter verlor an Bedeutung. Das in jüngster Zeit wieder wachsende Interesse an dieser Topologie begründet sich auf die deutlich bessere Qualität des Ausgangsstroms im Vergleich zu konventionellen 2-Level-Schaltungen durch den geringeren Oberwellengehalt. Während dieses Argument bei Motorantrieben kaum ins Gewicht fällt, da die vorhandenen Wicklungsinduktivitäten diese Störimpulse glätten, ist dieser Vorteil für viele neue Anwendungen von großem Interesse. Für Fotovoltaik-Umrichter oder transformatorlose unterbrechungsfreie Stromversorgungen lässt sich durch den geringeren Oberwellengehalt der Aufwand für den Ausgangsfilter deutlich reduzieren, sodass die Mehrkosten für die zusätzlichen Schalter der Multilevel-Topologie akzeptabel erscheinen.“

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Die PCIM Europe 2009

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