GreenGridGuard - Innovatives Schutzkonzept auf Halbleiterbasis für selbstgeführte IGBT-basierte Stromrichter zur Netzanbindung von regenerativen Energien; Teilvorhaben: Erforschung Leistungshalbleiter für Schutzfunktion inkl. Erprobung am Demonstrator

Abstract

Zur Lösung der Aufgabenstellung wurden die Einzelkompetenzen der Partner Infineon Bipolar GmbH, Technische Universität Dresden und Fraunhofer IMWS in einem gemeinsamen Konsortium gebündelt. Zur Erreichung der Projektziele sollten in zwei zeitlich aufeinander abfolgenden Iterationsstufen verschiedene Demonstrator-Designvarianten entwickelt, erprobt und bewertet werden. Hierfür waren für den Demonstrator 1 zwei unterschiedliche Chipaufbauten mit vergleichbarer aktiver Fläche für den Einsatz als Schutzbauteil oder auch Safety Device geplant: 1. ein Aufbau mit loser Auflage von kathoden- und anodenseitiger Kontaktscheibe 2. ein Aufbau mit anodenseitig fester Verbindung zwischen einer dicken Trägerscheibe und kathodenseitig lose aufliegender Kontaktscheiben.

Es galt das grundlegende Schutzkonzept in verschiedenen Designvarianten (A bis E) für die jeweiligen Aufbauvarianten mit zwei unterschiedlichen Siliziumdicken in einer ersten Iteration zu untersuchen und zu bewerten, wobei sich diese in der Ausführung der elektrischen und mechanischen Sollbruchstelle unterschieden. Daraus sollte dann in einer zweiten Iteration (Demonstrator 2) auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse eine in Bezug auf den Pelletaufbau und die Siliziumdicke weiter verbesserte Lösung für das Schutzkonzept untersucht werden. Infineon Bipolar war dabei federführend für die Entwicklung von Design und Aufbau der neuartigen Halbleiter-Schutzkomponenten verantwortlich. Ergänzt wurden die Arbeiten durch die Entwicklung eines mehrkanaligen Treiberkonzepts mit Sicherheitslevel zur Erfüllung einschlägiger Normen für Schutzkonzepte durch Ingenieursdienstleister im Unterauftrag. Die Technische Universität Dresden führte Forschungsarbeiten zur experimentellen Designbewertung der Bauteile durch und das Fraunhofer IMWS ergänzte die Forschungsarbeiten durch materialdiagnostische Analysen der Halbleiter-Bauteile vor und nach elektrischer Belastung. Auf Basis der Forschungsergebnisse zu den Varianten von Demonstrator 1 war die Auswahl der Zielvariante Demonstrator 2 geplant, um diese hinsichtlich ihrer Kurzschlusswirkung nicht nur zu optimieren, sondern auch im Anschluss in einer anwendungsnahen Schaltungskonfiguration in einem externen Hochstromlabor abschließend zu testen und zu evaluieren.