ETH Zürich Effizientere Gleichrichter drücken Verluste unter ein Prozent

Forschern an der Professur für Leistungselektronik (PES) der ETH Zürich ist es mit einem neuen Modellierungs- und Optimierungsansatz gelungen, die Verluste in Wechselstromgleichrichtern um bis zu zwei Drittel zu reduzieren und somit auf unter 1% zu drücken.

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„Wir berücksichtigen dabei viele Details, etwa, wie genau Spulen als Teil des Gesamtsystems gebaut werden müssen“, so PES-Mitarbeiter Jürgen Biela. Da Gleichrichter in der Stromversorgung von Computern und anderen Elektronikgeräten genutzt werden, verspricht das deutliche Stromeinsparungen in der IT und Unterhaltungselektronik.

„Durch einen um ein Prozent höheren Wirkungsgrad der IT-Geräte in der Schweiz, könnte die Hälfte des jährlichen Stromverbrauchs der gesamten ETH Zürich gedeckt werden“, sagt Biela. Bisher lag der Wirkungsgrad von Gleichrichtern laut ETH Zürich bei maximal 97,5%, während die PES-Forscher nun ein System realisiert haben, das 99,2% erreicht.

Um die außerordentlich hohe Effizienz zu erreichen, bedarf es einer optimalen Kombination diverser Designparameter. Diese werden mittels analytischen Modellen und Computersimulationen ermittelt. Zu den Parametern, welche die Forscher mit ihren Modellen optimieren können, zählt beispielsweise die Größe und Bauweise von Spulen, aber auch die Querschnittsfläche von Halbleiter-Bauelementen, die beeinflusst, wie viel Strom geleitet werden kann. „Häufig meint man da, desto größer die Fläche, desto besser“, sagt Biela.

Ansatz kann auf andere Technologien übertragen werden

Doch in einem Gleichtrichtersystem kann es bei zu großem Querschnitt zu Effekten kommen, die die Effizienz reduzieren. Auch das können die Forscher mit ihrem Modellierungs- und Optimierungsansatz berücksichtigen.

Die ETH-Gruppe will nun neben dem Gleichrichter auch den zugehörigen Spannungswandler modellieren, denn auch hier gibt es Einsparungspotenziale. Somit könnten noch mehr Komponenten eines Netzteils in den Berechnungen berücksichtigt werden.

Der Ansatz ist auch auf neue technologische Entwicklungen in diesem Bereich anwendbar, etwa spezielle Transistoren. „Mit unserer Methode könnten wir voraussagen, welche Effizienzverbesserung dank solch einer Komponente im Rahmen eines Gesamtsystems tatsächlich erreichbar wäre“, sagt Biela. Generell sei es möglich, mithilfe der Modellierung beispielsweise die Auswirkung verschiedener Halbleitertechnologien zu untersuchen. (Quelle: pressetext)

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