Verbundprojekt trustAE - Transformation der Fahrzeugtechnik durch hochintegrierte Komponenten für robuste, digitalisierte und effiziente Antriebs- und Energiesysteme basierend auf WBG-Technologien; Teilvorhaben Infineon Technologies AG: Energieeffiziente und intelligente Ansteuerung und Energieumwandlung

Abstract

Im Rahmen des Verbundprojekts trustAE übernahm die Infineon Technologies AG zentrale Aufgaben zur Erforschung, Entwicklung und Demonstration innovativer Komponenten und Systemlösungen für künftige SiC-basierte Leistungselektronik im automobilen Hochvolt-Bereich. Ziel war es, die nächste Generation hocheffizienter Antriebsumrichter mit deutlich angehobener HV-Nennspannung und gleichzeitig herausragender Zuverlässigkeit entscheidend voranzutreiben. Dabei wurde ein besonderer Fokus auf die Entwicklung und Integration monolithischer Si-RC-Snubber in SiC-Leistungsmodule gelegt, da erst durch diese Kerninnovation eine signifikante Reduktion gefährlicher Spannungsspitzen im Schaltbetrieb ermöglicht wird. Damit sollte nicht nur eine gezielte Ausnutzung kostenattraktiver 1200 V-SiC-MOSFETs bei angehobenen Betriebsspannungen bis 1000 V ohne Einbußen bei Sicherheit und Lebensdauer erfolgen, sondern die Voraussetzungen für marktrelevante Effizienzsteigerungen und Reduzierung von Modulkosten geschaffen werden. Ein weiteres Arbeitsziel war die Erforschung fortschrittlicher, adaptiv angesteuerter Gate-Treiber, welche durch eine intelligente Steuerung der Schaltgeschwindigkeit sowohl Schaltverluste als auch Überschwinger weiter reduzieren und damit die Belastung der Leistungshalbleiter minimieren würden. Im Kontext der Integration moderner GaN-basierter DC/DC-Wandler arbeitete IFAG außerdem an der Auslegung neuartiger niedrig-induktiver Embedding-Technologien, welche parasitäre Effekte drastisch reduzieren und die hohen Schaltgeschwindigkeiten dieser Halbleiterklasse zuverlässig in Systemwirkungsgrad und Leistungsdichte umsetzen sollte. Komplementär zu diesen Hardwareinnovationen beteiligte sich IFAG maßgeblich an der Konzeption und Umsetzung eines hochintegrierten Multiport-DC/DC-Wandlers für die effiziente, robuste Vernetzung der verschiedenen Fahrzeugbordnetze, wodurch innovative Sicherheitsfunktionen und weitere Systemkostensenkungen ermöglicht werden. Zur optimalen Betriebsführung und Ressourcennutzung sollten alle Entwicklungen durch die Einbindung digitaler Zwillinge und KI-basierter Regelungsverfahren ergänzt werden, um eine präzise Echtzeitanalyse des Systemzustands erlauben und sowohl das virtuelle als auch das reale Lebensdauermanagement der Leistungshalbleiter auf ein neues Niveau zu heben.