Mikrowellenöfen, Plasma-Lampen und Motorzündungen Mit HF-Leistungsverstärkern in die Consumer-Märkte

Hersteller von HF-Komponenten visieren einen neu entstehenden Markt an: RF-Energy. Anbieter von HF-Leistungsverstärkern wie Ampleon, Macom, NXP (Freescale) und Infineon wollen damit in Consumer-Produkte wie Mikrowellenöfen vordringen, die hohe Stückzahlen versprechen.

Mit der RF Energy Alliance (REFA) hat sich bereits ein Industrie-Konsortium gegründet, das sich zum Ziel gesetzt hat, ein Ökosystem rund um die neue Technik zu schaffen. Dr. Klaus Werner, Executive Director der REFA, ist überzeugt, dass sie kurz vor dem Durchbruch steht. »Wir wollen uns dabei nicht auf eine einzige Anwendung konzentrieren wie dies etwa bei USB oder im drahtlosen Laden der Fall ist«, so Werner. »RF Energy hat das Potenzial, die Karten in vielen Industriebereichen neu zu mischen.«

Mikrowellenöfen sind nur ein Beispiel für neue Einsatzmöglichkeiten. Dort sollen künftig Leistungsverstärker auf Basis von Halbleitern die Magnetrons ersetzen, die relativ groß sind und Spannungen von mehreren kV brauchen. Dagegen kommen Leistungsverstärker auf Basis von Halbleitern mit einer viel niedrigeren Treiberspannung aus, sie sind viel kleiner als Magnetrons, Zuverlässigkeit und Lebensdauer steigen. Außerdem lässt sich die benötigte Energie mit rein auf Halbleitern basierenden Systemen sehr viel präziser einstellen, was eine viel bessere Kontrolle des Garprozesses ermöglicht und damit ganz neue Kochanwendungen eröffnet.

Weitere Beispiele für Anwendungen der RF-Energy-Leistungstransistoren im RF-Energy-Bereich sind Beleuchtungen (Plasma-Lampen), Zündsysteme in Autos und Medizintechnik. Die neuen Zündsysteme haben gegenüber Zündkerzen den Vorteil, dass sie sich einfacher einbauen lassen, den Kraftstoffverbrauch um bis zu 15 Prozent senken und den Schadstoffausstoß deutlich reduzieren. Laut Ampleon sind Autohersteller in Japan bereits dabei, die neue Technik in die Kraftfahrzeuge zu bringen.

Die HF-Plasma-Lampen bestehen aus einer gasgefüllten »Glühbirne« aus Quarz, die ohne Elektroden auskommt und deshalb sehr langlebig ist. Die HF-Strahlung ionisiert das Gas, und es entsteht ein sehr helles Licht – sehr viel heller als LED-Licht –, dessen Farbe sich über die Zusammensetzung des Plasmas sehr genau steuern lässt. Die Lampen erreichen eine Lebensdauer von 50.000 Stunden, und sie arbeiten sehr effizient: 1 W HF-Energie wird in 140 lm Licht umgesetzt. Erste Anwendungen finden sich dort, wo mehr als 5000 lm erforderlich sind, beispielsweise in Straßen- und Bühnenbeleuchtungen.

Die RF-Energie lässt sich aber auch zum Erwärmen und Trocknen nutzen. Die Vorteile sind hier, dass sich die Wärme sehr gleichmäßig verteilt und genau steuern lässt und örtliche Überhitzungen vermieden werden. Anwendungen finden sich in Haushaltsgeräten, in der Medizin (Erwärmung von Blut und Organen) und in industriellen Anwendungen, etwa wenn Holz, Kleidungstücke, Farbe oder andere Materialien getrocknet werden sollen. Auch in diesen Anwendungen trägt die HF-Energie dazu bei, Emissionen zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und die Prozesse zu beschleunigen.

Laut einer Marktstudie von SuTrust Robinson Humphrey soll sich der Markt für RF Power bis 2020 auf 2,7 Mrd. Dollar mehr als verdoppeln. Den größten Anteil an den neuen Märkten werden dann nach dieser Studie Power-Systeme für Zündungen einnehmen, gefolgt von Systemen für Mikrowellenöfen und Plasma-Lampen.

Reinier Beltmann, CEO von Ampleon, ist überzeugt, dass ganz neue Wachstumsmärkte für die HF-Technik entstehen, vor allem rund ums Kochen. Markus Schäfer, Sales Director EMEA von Macom, setzt ebenfalls auf Mikrowellenöfen: »In High-End-Geräten, wie sie etwa in der Gastronomie verwendet werden, gibt es bereits erste Produkte. Zunächst hatten die Gerätehersteller LDMOS eingesetzt, jetzt sehen sie, dass GaN Vorteile bringt. Die Kochzeit reduziert sich damit um 25 bis 75 Prozent«, erklärte er kürzlich im Interview mit Markt&Technik (Ausgabe 49/2015; S. 20). Damit erhofft er sich vor allem einen Schub für die eigene GaN-auf-Silizium-Technik, zu der sich das Unternehmen über den Kauf von Nitronix Zugang verschafft hat.