Cluster Leistungselektronik: Electronic Circuit Breaker based on SiC Technology for DC Networks (SiC-DCBreaker) – Teilvorhaben B

Gleichstromnetze im Spannungsbereich von einigen hundert Volt gewinnen zunehmend an Bedeutung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen, wie in der Elektromobilität (aktueller Trend zu einem Hochvolt-Bordnetz von 800 V), in DC-Netzen für Gebäude mit PV-Anlagen und bei Rechenzentren (Data Center). Generell bieten die DC-Netze Vorteile in der Gesamteffizienz, da unnötige elektrische Wandlungsschritte entfallen können. Kritisch ist vor allem auch die betriebssichere Beherrschung von schnell ansteigenden Kurzschlussströmen, wie sie bei Komponenten mit sehr geringer Impedanz entstehen, z.B. bei Batteriespeichern. Festkörperbasierte Lösungen (Halbleiter) bieten zahlreiche Vorteile gegenüber mechanischen Lösungen, neben dem wesentlich geringeren Platzbedarf kann eine Reihe von Funktionalitäten bzw. Intelligenz in das System implementiert werden welche die Beherrschung der Abschaltvorgänge deutlich erleichtert. Allerdings weisen Halbleiter für hohe Spannungen meist deutlich höhere Verluste im Normalbetrieb auf als mechanische Einheiten. Dieses Zieldilemma ist im Umfeld der aktuellen technischen Entwicklungen am ehesten mit dem Einsatz von wide band gap Materialien zu lösen. Infineon Technologies wird daher im SiC-DCBreaker Projekt SiC-MOSFETs speziell für den Einsatz als DC-Trennschalter auf geringe Durchlassverluste hin optimieren. Dies ist erforderlich um mit möglichst wenig Flächenbedarf die geforderten Funktionalität erreichen zu können (Kostenoptimierung). In den meisten der heute bekannten Zielapplikationen bestehen hohe Anforderungen an Halbleiter bezüglich schneller sich wiederholender Schaltvorgänge. Daher wird bei der Auslegung der Chips eine applikationsspezifische Balance zwischen Schalt- und Leitverhalten eingestellt. Dazu werden umfangreiche konzeptionelle Studien auf der Basis von Halbleitermodellen durchgeführt, die dann letztlich in ein Chipkonzept überführt und technologisch umgesetzt werden sollen.