{"id":53505,"date":"2013-09-16T00:00:00","date_gmt":"2013-09-15T22:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/politik\/spannungswandler-mit-galliumnitrid-schafft-98-prozent-wirkungsgrad.html"},"modified":"2013-09-16T00:00:00","modified_gmt":"2013-09-15T22:00:00","slug":"spannungswandler-mit-galliumnitrid-schafft-98-prozent-wirkungsgrad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/politik\/spannungswandler-mit-galliumnitrid-schafft-98-prozent-wirkungsgrad\/","title":{"rendered":"Spannungswandler mit Galliumnitrid schafft 98 Prozent Wirkungsgrad"},"content":{"rendered":"
Galliumnitrid-Spannungswandler sollen zuk\u00fcnftig auch in Elektroautos Verlustleistungen minimieren. <\/p>\n
Um die Effizienz von Spannungswandlern zu erh\u00f6hen und W\u00e4rmeverluste zu minimieren, entwickeln Forscher des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Angewandte Festk\u00f6rperphysik IAF Transistoren auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid. Die Bauteile zeichnen sich durch niedrigen On-Widerstand und hohe Schaltgeschwindigkeit aus. K\u00fcrzlich konnte in Spannungswandlern ein Wirkungsgrad von 98 Prozent erzielt werden \u2013 dies spart Energie in der Elektromobilit\u00e4t und Photovoltaik.<\/p>\n
F\u00fcr die erfolgreiche Weiterentwicklung der Elektromobilit\u00e4t ist es essenziell, die Energiemengen zu reduzieren, die durch Elektroautos verbraucht werden. Mit effizienten Spannungswandlern k\u00f6nnen im Betrieb und beim Laden der Batterien von Elektroautos Verlustleistungen minimiert und somit Energie gespart werden.<\/p>\n
Forscher des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Angewandte Festk\u00f6rperphysik IAF in Freiburg haben nun gemeinsam mit dem Ferdinand-Braun-Institut in Berlin Galliumnitrid-Bauteile f\u00fcr Anwendungen in der Elektromobilit\u00e4t und Photovoltaik entwickelt. \u201eDer Wirkungsgrad der Transistoren in Spannungswandlern konnte auf 98 Prozent gesteigert werden. In Praxistests wurde bis zu 1 kW Leistung erzielt. Damit haben wir zur internationalen Spitze aufgeschlossen\u201c, erl\u00e4utert Dr. Michael Schlechtweg, Abteilungsleiter am Fraunhofer IAF. Im Gegensatz zu den herk\u00f6mmlichen Bauelementen aus Silizium wurde die Verlustleistung in Spannungswandlern damit mehr als halbiert.<\/p>\n
Die neuen Bauteile sind das Ergebnis des Forschungsprojekts \u201ePowerGaNPlus\u201c, das vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) \u00fcber drei Jahre mit insgesamt drei Millionen Euro gef\u00f6rdert wurde. Die F\u00f6rderung war Teil der Ma\u00dfnahme \u201eLeistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung\u201c (LES) im Programm \u201eIKT 2020 \u2013 Forschung f\u00fcr Innovation\u201c des BMBF. Ziel ist es, Deutschland als Leitanbieter f\u00fcr Technologien der Elektromobilit\u00e4t zu etablieren und gleichzeitig einen Beitrag zu zukunftsf\u00e4higer Mobilit\u00e4t zu leisten. Das BMBF unterst\u00fctzt hierzu insbesondere Innovationspartnerschaften zwischen Wissenschaft und Wirtschaft.<\/p>\n
Galliumnitrid zeigt sich robust im Praxistest<\/strong><\/p>\n
Bei der Entwicklung der Galliumnitrid-Technologie arbeitete das Fraunhofer IAF unter anderem mit der Robert Bosch GmbH zusammen, um die Bauteile in der Praxis zu testen. Bei den durchgef\u00fchrten Belastungstests wurde den Bauteilen nicht nur eine sehr gute Leistung bescheinigt, sondern es wurde auch erste Hinweise auf eine hohe Kurzschlussfestigkeit gefunden. \u201eDie Validierung der im Rahmen des Projekts entwickelten Bauelemente mit einer Durchbruchsspannung gr\u00f6\u00dfer 600 V zeigte eine vielversprechende Performance. Bereits in diesem fr\u00fchen Entwicklungsstadium konnten, beim Betrieb der Galliumnitrid-Bauteile in applikationsnahen Schaltungen, vergleichbar geringe Einschaltwiderst\u00e4nde und Schaltverluste wie mit deutlich ausgereifteren und kommerziell verf\u00fcgbaren Siliziumkarbid-Transistoren erzielt werden. Bei den durchgef\u00fchrten Belastungstests wurden zudem erste Hinweise auf eine hohe Kurzschlussfestigkeit und Temperaturbest\u00e4ndigkeit gefunden\u201c, best\u00e4tigt Dr. Walter Daves, der das Projekt bei der Robert Bosch GmbH betreute. Im Durchlassbetrieb erzielen die Bauteile Maximalstr\u00f6me von bis zu 100 A.<\/p>\n
Neben dem Einsatz in Ladeger\u00e4ten f\u00fcr Batterien von Elektrofahrzeugen konnten die Transistoren gemeinsam mit der KACO new energy GmbH bereits f\u00fcr Anwendungen in Photovoltaik-Wechselrichtern getestet werden. In dem Forschungsprojekt arbeiteten au\u00dferdem die IXYS Semiconductor GmbH, die United Monolithic Semiconductors GmbH, die Universit\u00e4t Erlangen-N\u00fcrnberg sowie die RWTH Aachen mit.<\/p>\n
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Neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr Galliumnitrid-Technologie<\/strong><\/p>\n
W\u00e4hrend Bauteile aus Silizium an ihre physikalischen Grenzen sto\u00dfen, bietet die Galliumnitrid-Technologie neue Chancen f\u00fcr die Leistungselektronik. Die Bauteile aus Galliumnitrid k\u00f6nnen bei h\u00f6heren Spannungen und Temperaturen betrieben werden als konventionelle Leistungsbauelemente aus Silizium. Der K\u00fchlaufwand kann dadurch reduziert werden; kompakte, leichte sowie kosteng\u00fcnstige Wandler werden erm\u00f6glicht. Im Vergleich zu Siliziumtransistoren l\u00e4sst sich mit Galliumnitrid die Schaltfrequenz mindestens um den Faktor drei erh\u00f6hen. Aufgrund der hohen Spannungsfestigkeit und Leistungsdichte des Materials sind die Bauelemente deutlich effizienter als ihr Pendant aus Silizium. So wird beim Laden der Batterien von Elektroautos und der Einspeisung von Energie aus Solarparks ins Stromnetz weniger Energie verbraucht.<\/p>\n
\u201eZuk\u00fcnftig k\u00f6nnten die Galliumnitrid-Transistoren auch in Haushaltsanwendungen, in der Fertigungstechnik oder in Generatoren f\u00fcr Plasma- und Lasersysteme die Effizienz steigern und Energie sparen. Ziel wird es weiterhin sein, die Zuverl\u00e4ssigkeit, Temperaturbest\u00e4ndigkeit und Taktfrequenz zu erh\u00f6hen, um so das volle Potenzial der Galliumnitrid-Technologie auszunutzen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Patrick Waltereit, Projektleiter am Fraunhofer IAF.<\/p>\n