Analyse und Optimierung der parasitären Elemente in integrierten SiC-Traktionsumrichtern hoher Leistungsdichte

Schnack, Jasper

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2023
• eBook-ISBN:
  9783736967496
• ISBN drucken:
  9783736977495
• Auflage: 1

Für einen erfolgreichen Einsatz von Wide-Bandgap mit einer hohen Flankensteilheit ist die Beherrschung der parasitären Elemente von zentraler Bedeutung. Am Beispiel eines integrierten Traktionsumrichters auf Basis von Siliziumcarbid werden in dieser Arbeit die parasitären Elemente des Leistungs- und Ansteuerteils analysiert und optimiert. Ziel ist die gezielte Optimierung der parasitären Elemente in den Komponenten Leistungsmodul, Zwischenkreiskondensator, Zwischenkreis und Ansteuerpfad unter Berücksichtigung des Systemgedankens. Diese Arbeit liefert einen Beitrag für Design-Richtlinien von Systemkomponenten aus Sicht des Gesamtsystems, sodass Barrieren für den erfolgreichen Einsatz von Wide-Bandgap Leistungshalbleitern in Antriebsumrichtern überwunden werden können.

Inhaltsverzeichnis

• Kurzfassung
• Abstract
• Nomenklatur
• 1 Einleitung
• 1.1 Technologische Herausforderungen und Problemstellung
• 1.2 Stand der Forschung und Technik
• 1.3 Gegenstand und Ziel der Arbeit
• 2 Grundlagen und Vorbetrachtung
• 2.1 Parasitäre Elemente in der Leistungselektronik
• 2.2 Extraktion parasitärer Elemente
• 3 Antriebsumrichter mit Systemkomponenten
• 3.1 Systemkomponenten und Topologie eines Antriebsumrichters
• 3.2 Parasitäre Modellierung der Systemkomponenten
• 4 Umrichter mit reduzierten parasitären Elementen
• 4.1 Auslegung des Antriebsumrichters für ein gegebenes Antriebssystem
• 4.2 Auslegung des Zwischenkreiskondensators
• 4.3 Auslegung der Leistungsmodule
• 4.4 Auslegung der Ansteuerelektronik
• 4.5 Auslegung der Zwischenkreisverbindungstechnik
• 5 Ganzheitliche Optimierungsansätze für integrierte Umrichter
• 5.1 Hinführung zum Thema
• 5.2 Zwischenkreisstruktur mit integrierten Kondensatoren
• 5.3 Entwicklung einer planaren Kommutierungsmasche
• 5.4 Integration von Bypass-Kondensatoren
• 6 Integrierter Antriebsumrichter auf SiC-Basis
• 6.1 Mechatronik und Leistungsbaustein der axialenInverterintegration
• 6.2 Aufbau und Betrieb des SiC-Antriebsumrichters
• 7 Zusammenfassung und Fazit
• Anhang
• A.1 Berechnung der parasitären Induktivität von Mehrfachbondverbindungen
• A.2 Folgen parasitärer Elemente in der Halbbrückenzelle
• A.3 Fallunterscheidungen für die Herleitung derZwischenkreiskapazität
• A.4 Berechnung der Verlustleistung im Leistungs-MOSFET
• A.5 Detaildarstellung Anschlusssysteme
• A.6 Systemsimulation zur Effektivstrombelastung desBypass-Kondensators
• Literaturverzeichnis
• Danksagung
• Veröffentlichungsliste