EVoReso - EMV optimierte Resonanzinvertertopologie in autonomen Elektrofahrzeugen

Abstract

Im Forschungsprojekt EVoReso wurde eine Resonanzinvertertopologie für elektrische Fahrzeugantriebe untersucht, um elektromagnetische Störemissionen zu reduzieren und die Effizienz des Antriebsstrangs zu verbessern. Der Ansatz basiert auf der Anregung eines R‑L‑C‑Resonanzkreises bestehend aus einem Elektromotor und einer statorseitig variablen Kapazität anstelle einer konventionellen PWM‑Ansteuerung. Dadurch kann die Anzahl der Schalthandlungen reduziert und das entstehende Störspektrum verringert werden. Der Beitrag des Lehrstuhls für Integrierte Analogschaltungen umfasst die Entwicklung adaptiver Gate‑Treiber für SiC‑Leistungshalbleiter, die das Schaltverhalten abhängig vom Betriebspunkt optimieren. Es wurde ein diskreter Gate‑Treiber entwickelt und in den Resonanzinverter integriert sowie ein hochperformanter Gate‑Treiber‑IC entworfen. Zusätzlich wurden eine Nulldurchgangsdetektion, ein Gate‑Shaping‑Algorithmus sowie ein hybrides Modulationsschema entwickelt und auf einer Testplattform evaluiert. Die Ergebnisse leisten einen Beitrag zum Stand der Technik im Bereich adaptiver Gate‑Treiber und resonanter Leistungselektronik und zeigen Anwendungspotenzial für elektrische Antriebe und resonante Leistungselektroniksysteme. In the EVoReso research project, a resonant inverter topology for electric vehicle drives was investigated with the aim of reducing electromagnetic emissions and improving the efficiency of the drivetrain. The approach is based on the excitation of an R-L-C resonant circuit consisting of an electric motor and a stator-side variable capacitance instead of a conventional PWM control. This reduces the number of switching events and limits the resulting electromagnetic interference spectrum. The contribution of the Chair of Integrated Analog Circuits focuses on the development of adaptive gate drivers for SiC power semiconductors that optimize switching behavior depending on the operating point. A discrete gate driver was developed and integrated into the resonant inverter, and a high-performance gate driver IC was designed. In addition, a zero-crossing detection method, a gate-shaping algorithm, and a hybrid modulation scheme were developed and evaluated on a test platform. The results contribute to the state of the art in adaptive gate drivers and resonant power electronics and demonstrate application potential for electric drives and resonant power electronic systems.