Untersuchung der besonderen Anforderungen an leistungsmagnetische Komponenten für den zuverlässigen Einsatz in modernen auf SiC-Halbleiter-basierenden DC-DC-Wandlern

Abstract

Das Projekt ScaLE adressiert leistungselektronische Wandler und deren Komponenten für zukünftige DC-Netze sowie deren Anwendungsszenarien und Randbedingungen. Unter diesem Kontext wird insbesondere die Ladeinfrastruktur betrachtet. Ein Schwerpunkt liegt auf der Erforschung eines neuartigen SiC-basierten DC-DC-Wandlers für das Oberleitungsladen elektrischer Busse. Darüber hinaus werden die Skaleneffekte von Topologien untersucht, basierend auf einem galvanisch getrennten Dual-DC-Link-Frontend mit drei Ports (2× DC, 1× AC). Die Entwicklung moderner Leistungshalbleiter führt zu steigenden Anforderungen an leistungsmagnetische Komponenten. Höhere Grundfrequenzen und steilere Spannungsflanken verursachen eine deutlich höhere Belastung des Wicklungsisolationssystems. Die Einflüsse von Frequenz und Spannungsform auf die Haupteigenschaften des Isolationsmaterials sowie das zeitliche Versagen in Abhängigkeit der Spannung werden am Materialprüfstand erforscht und für zukünftige Auslegungsmethoden bereitgestellt. Die unterschiedlichen Wandlerkonzepte bedingen spezifische Anforderungen an die leistungsmagnetischen Komponenten. Die Auswirkungen auf Wicklungs- und Kerndesign wurden untersucht und durch Forschungsmuster in dem DC-DC-Wandler für Oberleitungsladen und dem Dual-DC-Link-Frontend verifiziert.