GaN Power Semiconductors in DC/DC Converter Designs for Battery Storages

Author: Uwe Beher
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Neuartige auf dem Markt verfügbare Leistungshalbleiter ermöglichen aufgrund der geringen Schalt- und Bahnverluste neuartige Ansätze für das Design von DCDC-Wandlern für Batteriespeicher. Hierzu zählen insbesondere GaN-Transistoren, die mit den Nennspannungen von 100V und 600V im Fahrzeug sowohl auf der Hochvolt- als auf der Niedervoltebene ein-gesetzt werden können. Dies ermöglicht Designs sowohl für Traktions- als auch für Boost-Anwendungen von Batteriespeichern. Diese Designs beinhalten eine galvanische Trennung und eine Stabilisierung des Zwischenkreises, die über die Steuerfähigkeit der eingesetzten Schalttopologien erreicht wird. Beides führt zusammen zu einen zu einer Vereinfachung der Leistungsverteilung und des Energiemanagements, und zum anderen zu der kostengünstigen Gestaltung von Leistungs-Verbrauchern und Traktionseinheiten. Außerdem können GaN-Transistoren gemeinsam in die Kühlung von passiven Bauelementen integriert werden, was zusätzlich den mechanischen Aufwand für eine Leistungselektronik verringert. Diese Rahmenbedingungen ermöglichen neuartige Gestaltungsmöglichkeiten von Energiespeichern und die Verteilung von elektrischer Leistung innerhalb eines Fahrzeuges. Der Vortrag wird eine Beispielsumsetzung für einen DC/DC-Wandler aufzeigen, der eine mit Niedervolt betriebene Batterie mit einem Hochvolt-Traktionskreis verbindet. Er wird aufzeigen, welchen Einfluss dies im genannten Beispiel auf die Gestaltung des Energiebordnetzes hat und wie sich das auf einen angeschlossenen elektrischen Antrieb auswirkt.