VisIC / 100-kW-Traktionsumrichter

GaN macht Elektromobilität kostengünstiger

19. März 2020, 16:30 Uhr | Ralf Higgelke

Gemeinsam mit der University of Texas in Austin hat VisIC Technologies ein Referenzdesign für einen GaN-basierten Traktionsumrichter mit 100 kW Fahrleistung, der direkt an den 800-V-Bus des Fahrzeugs arbeiten kann. Damit braucht man nicht auf die deutlich teurere SiC-Lösung umsteigen.

Im Bereich Traktionsumrichter galt bislang: Aufgrund ihrer geringeren Kosten werden Galliumnitrid-Transistoren vor allem für Umrichter mit 400 V Busspannung zum Einsatz kommen, bei höheren Spannungen von 800 V jedoch Siliziumkarbid (SiC). Ein neues Referenzdesign für einen 100-kW-Umrichter von VisIC soll aufzeigen, dass die GaN-Technologie auch für leistungsstarke Anwendungen am 800-V-Bus eingesetzt werden kann, und somit auch dafür die kosteneffektivste Lösung darstellt.

Auf Basis der proprietären D³GaN-Technologie von VisIC lässt sich dieses Referenzdesign so anpassen, dass es sowohl bei Spannungen unter 800 V als auch unter 900 V funktioniert. Die GaN-Bausteine verfügen über ein thermisch effizientes SMD-Gehäuse, sie haben eine hohe Schwellenspannung, sie schalten schnell und lassen sich recht einfach parallelschalten. Damit ist eine kostengünstige, skalierbare und zuverlässige Umrichterlösung für die Elektromobilität möglich.

Der voraussichtliche maximale Wirkungsgrad kann aufgrund der geringen Schaltverluste der D3³GaN-Bausteine (Schaltfrequenz 40 kHz) bis zu 99,3 Prozent erreichen. Zusammen mit dem Kühlkörper betragen die Abmessungen 26,9 cm × 21,4 cm × 3,5 cm. Die Leistungsdichte des 2,5 kg schweren Systems beträgt 50 kW pro Liter, einschließlich der Flüssigkeitskühlung.

»Bereits in der Vergangenheit hat Galliumnitrid seine überlegene Leistungsfähigkeit bewiesen, wenn es darum ging, eine hohe Leistungsdichte in Ladegeräte zu realisieren«, erklärte Dr. Alex Huang, Direktor des Semiconductor Power Electronics Center an der University of Texas in Austin. »Dank des besonderen Gehäusekonzepts von VisIC und der geringen Verluste glauben wir, dass wir eine hohe Leistungsdichte auch in sehr leistungsstarken Anwendungen wie Traktionsumrichtern erreichen können«, so Huang.

»Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit der University of Texas. Sie hat das Design sehr professionell umgesetzt und eine innovative Systemlösung erarbeitet«, sagte Gregory Bunin, CTO von VisIC. »Dadurch wird es auch für Hochleistungsantriebe am 800-V-Bus möglich machen, von der kostengünstigen und hocheffizienten GaN-Technologie zu profitieren. Elektroautos für einen grüneren und saubereren Planeten können somit kostengünstiger gefertigt werden.«