Technik für das Schalten von GaN-Transistoren mit 20 MHz QPT ist Finalist bei der ABB Start-up Challenge für Motorantriebe

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Als einer von vier Finalisten wurde QPT für die Teilnahme an der „ABB Power Density Start-up Challenge 2023“ für Motorantriebsprodukte ausgewählt. Ziel des Wettbewerbs ist es, Motoren und Antriebe zu einer integrierten Lösung zu kombinieren.

Laut den Organisatoren der Challenge sucht ABB innovative und zukunftsorientierte Start-ups, die gemeinsam mit dem schweizerischen Großkonzern die Grenzen von Antrieben und Motoren verschieben wollen. Heute werden Motoren und Antriebe weitgehend als zwei unabhängige Geräte betrachtet. Der Gewinner soll mit ABB zusammenarbeiten, um eine integrierte Lösung zu entwickeln, die die Ressourcen optimiert und Motoren und Antriebe zu einer einzigen, nahtlosen Lösung kombiniert.

Man sei auf der Suche nach motivierten und innovativen Köpfen, die gemeinsam mit den ABB-Experten eine integrierte Motorantriebstechnologie für eine effizientere Zukunft entwickeln. Dabei seien die gesuchten Schlüsselfaktoren Verbesserungen bei der Leistungsdichte, dem Wärmemanagement, der nachhaltigen Versorgung, der allgemeinen Einfachheit und der Kosteneffizienz, um die Betriebsgrenzen neu zu definieren und die Effizienz von Antrieben und Motoren für einen nachhaltigeren Planeten zu verbessern.

GaN-Halbleiter mit bis zu 20 MHz schalten

QPT dürfte bei ABB in die nähere Auswahl gekommen sein, weil die qGaN-Modullösung des Unternehmens es ermöglicht, GaN-Transistoren mit ihrem vollen Potenzial von bis zu 20 MHz zu betreiben und im Nanosekundenbereich zu schalten. Laut QPT kann ein frequenzvariabler Antrieb (VFD) auf Basis dieser Technik Motoren mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99,7 Prozent bei Spitzenlast betreiben, wobei der Wirkungsgrad bei geringerer Last kaum abnimmt. Bei herkömmlichen Konstruktionen kann der Wirkungsgrad bei geringerer Last hingegen schnell abfallen.

Neben dem besseren Wirkungsgrad reduziert die höhere Umrichterfrequenz die Größe und das Gewicht der Leistungselektronik um bis zu einem Faktor 20 und senkt die Herstellungskosten durch den Wegfall der teuren Filter, die normalerweise zum Schutz des Motors erforderlich sind. Zu den Anwendungsbereichen gehören Wärmepumpen, Industriemotoren, HLK-Systeme und Elektrofahrzeuge.

Antriebe können deutlich kleiner werden

Rob Gwynne, Gründer und CEO von QPT, sagt: „Unsere Technologie, die GaN bei 1 bis 2ns hart schalten kann, erreicht die besten Leistungsdichten und Effizienzen aller aktuellen Technologien. Dadurch können Antriebssteuerungen oder frequenzvariable Antriebe viel kleiner werden als die heutigen sperrigen Lösungen, die ausnahmslos weit weg vom Motor selbst platziert werden und dann wegen der hohen Stromstärken mit großen und schweren Kupferkabeln verbunden sind.“

Mit der GaN-Technologie der nächsten Generation von QPT schrumpft die Größe eines VFD laut Gwynne auf etwa ein Zwanzigstel der Größe, so dass er sich neben dem Motor integrieren lässt. Große, teure Filter, wie sie bei Si-, SiC- oder langsamen GaN-Alternativen erforderlich sind und eine einfache Integration verhindern, würden ebenfalls entfallen, was die Gesamtgröße weiter reduziere und die Integration erleichtere.

„Dass wir in die engere Wahl gekommen sind, ist ein echter Gewinn für uns, denn es bedeutet, dass ABB erkannt hat, dass wir eine Technologie haben, von der sie glauben, dass sie das sein könnte, wonach sie suchen“, freut sich Gwynne. Die endgültige Entscheidung, welches Unternehmen den ABB-Wettbewerb gewinnt, soll am 7. Dezember 2023 bekannt gegeben werden. (cg)

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