Einfach einzusetzende GaN-Leistungsmodule – Fraunhofer IMS ist Partner im PENTA Programm »GaNext«

Schematische Darstellung des IPM in einem kompakten Gehäuse
© Fraunhofer IMS
Schematische Darstellung des IPM in einem kompakten Gehäuse
Logo des europäischen EUREKA-Clusters Penta
© Penta
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Logo des Projekts GaNext
© GaNext
Logo des Projekts GaNext

Im Projekt »GaNext« (kurz für GaN-Leistungsmodule der nächsten Generation) soll die Einstiegshürde in der Nutzung von Galliumnitrid-Halbleitern (GaN) herabgesetzt und gleichzeitig die Effizienz und Kompaktheit von GaN-basierten Modulen für die Leistungselektronik verbessert werden. Der Schwerpunkt des Projekts liegt in der Entwicklung eines intelligenten Leistungsmoduls, auch »intelligent power module« (IPM) genannt, welches auf GaN-Bauteilen basiert. Diese werden mit Gate-Treibern und einer programmierbaren, ausfallsicheren Steuereinheit mit integrierten Schutzschaltungen kombiniert. Die Integration der einzelnen Komponenten in ein kompaktes Gehäuse erhöht die Benutzerfreundlichkeit für den Endanwender.

Im Rahmen des europäischen EUREKA-Clusters PENTA, einer Projektlaufzeit von 3 Jahren und einem Gesamtbudget von 10.2 Mio € kooperieren 13 Projektpartner aus dem Vereinigten Königreich, den Niederlanden und Deutschland an der Entwicklung des intelligenten Leistungsmoduls. Dabei vereinen die Partner aus Forschung und Industrie ihre Kenntnisse in den Bereichen der Halbleiterbauelemente, der Systemintegration (Packaging) und der Leistungselektronik.

Mit über 30 Jahren Erfahrung in der Entwicklung mikroelektronischer Schaltungen steuert das Fraunhofer Institut für mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS), in Kooperation mit advICo microelectronics GmbH einen programmierbaren und ausfallsicheren PWM-Controller-Chip für das Leistungsmoduls bei. Integrierte Sicherheitsfunktionen, Filtereinheiten, ein in weiten Bereichen programmierbares Zeitverhalten sowie ein RISC-V basierter Prozessor ermöglichen die optimale Anpassung an die Eigenschaften der GaN-Leistungsbauelemente.

GaN-Transistoren sind Wide-Bandgap Verbindungshalbleiter, die leistungselektronische Systeme mit hohen Wirkungsgraden und Leistungsdichten ermöglichen. Dies ist auf einen niedrigeren Drain-Source-Durchlasswiderstand, kürzere Schaltzeiten und drastisch reduzierte Schaltverluste von GaN im Vergleich zu heutigen Si-Bauelementen zurückzuführen. Leistungselektronische Systeme auf Basis von GaN-Halbleiterbauelementen sind leichter, kompakter, deutlich effizienter und potenziell kostengünstiger als Lösungen auf Basis von Si-Bauelementen.

Das in GaNext entwickelte IPM soll es mehr Endanwendern ermöglichen auf diese effiziente Technologie umzusteigen.

Im Bereich der Elektromobilität führt dies zu höheren Wirkungsgraden und kompakteren und leichteren Bauformen, sodass deutlich effizientere und leichtere Ladesysteme verwirklicht und aufgrund der Energieeinsparung auch höhere Reichweiten ermöglicht werden können.

Im Bereich der regenerativen Energien kann bei der Spannungswandlung und Einspeisung von Energie aus Photovoltaik und Windkraft aufgrund eines effizienteren Leistungselektroniksystems ein enormes Einsparpotenzial im Gesamtsystem erzielt werden.

Diese und weitere Anwendungsbeispiele werden mithilfe von 5 Konsortialpartnern adressiert, welche das intelligente Leistungsmodul als Endanwender in ihren Leistungselektroniksystemen testen und evaluieren werden.

Folgende Projektpartner sind im »GaNext«-Konsortium vertreten:

Vereinigtes Königreich

Cambridge GaN Devices, CSA Catapult, Lyra Electronics Ltd.

Niederlande

Besi Netherlands BV, Eindhoven University of Technology, Neways Technologies BV, Signify

Deutschland

advICo microelectronics GmbH, Maccon Elektroniksysteme GmbH, Infineon Technologies AG, Sumida GmbH, Technische Universität Dortmund, Fraunhofer IMS

Für mehr Informationen, werfen Sie einen Blick auf die PENTA-Projektbeschreibung

und besuchen Sie die offizielle »GaNext«-Projektwebseite.

www.ganext-project.com

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