Verbundprojekt: trustAE - Transformation der Fahrzeugtechnik durch hochintegrierte Komponenten für robuste, digitalisierte und effiziente Antriebs- und Energiesysteme basierend auf WBG-Technologien; Teilvorhaben Partner: TU Dortmund

Abstract

Aktive Gateansteuerungen und die genaue Kenntnis des elektrothermischen Verhaltens moderner Leistungshalbleiter eröffnen entscheidende Effizienzpotenziale: Sie ermöglichen die Reduktion der benötigten Chipfläche oder den effizienten Einsatz von Bauelementen in Systemen mit erhöhter Nennspannung. Die Aufgaben der Technischen Universität Dortmund im Projekt trustAE konzentrierten sich auf die Entwicklung aktiver Gateansteuerungen für SiC-MOSFETs und GaN-HEMTs sowie elektrothermischer digitaler Zwillinge für beide Leistungstransistortypen. Im Projekt wurden stromgesteuerte aktive Gateansteuerungen entwickelt und Versuchsmuster aufgebaut, die anschließend vermessen und optimiert wurden. Zudem wurden elektrothermische digitale Zwillinge für SiC-MOSFETs und GaN-HEMTs entwickelt und optimiert. Darüber hinaus erfolgte die Auslegung dieser Schlüsseltechnologien für die im Projekt realisierten Prototypen von Antriebsinverter und Multiport-DC/DC-Wandler, sodass der Einfluss auf die Gesamtsysteme bei einer gesteigerten Eingangsgleichspannung von bis zu 1000 V bestimmt werden konnte. Intelligent gate drivers and a precise understanding of the electrothermal behavior of modern power semiconductors enable significant efficiency improvements in terms of the chip area required for power semiconductors or allow for the efficient use of power semiconductors at other operating points. The contribution of the Technical University of Dortmund to the trustAE project focus on the development of active gate drivers for SiC MOSFETs and GaN HEMTs, as well as electrothermal digital twins for both types of power transistors. As part of the project, current-controlled active gate drivers were developed, prototypes were built, and their measurement and optimization were carried out. Furthermore, electrothermal digital twins for SiC MOSFETs and GaN HEMTs were developed and optimized. In addition to developing these key technologies, their implementation in the traction inverter and multiport DC/DC converter prototypes developed in the project was made possible, allowing their impact on the overall systems to be determined at an increased input DC voltage of up to 1000 V.