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Leistungselektronik GaN-Power-IC mit Sensorik ermöglicht effizientes Laden

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Einem Fraunhofer-Forscherteam ist es gelungen, die Funktionalität von GaN-Power-IC für Spannungswandler signifikant zu steigern. Auf der Messe für Leistungselektronik, der PCIM in Nürnberg, zeigte der Projektpartner Finepower das Modul.

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In der Elektromobilität müssen möglichst viele Systeme auf wenig Platz verbaut werden der abgebildetet Spannungswandler basiert auf einem 4 mm × 3 großen GaN-Power-IC.
In der Elektromobilität müssen möglichst viele Systeme auf wenig Platz verbaut werden der abgebildetet Spannungswandler basiert auf einem 4 mm × 3 großen GaN-Power-IC.
(Bild: Fraunhofer IAF)

Im Vergleich zu herkömmlichen Spannungswandlern ermöglicht die neu entwickelte Schaltung eine schnelle und genaue Zustandsüberwachung direkt im Chip. „Die erhöhte Schaltfrequenz von GaN-basierter Leistungselektronik ermöglicht zwar immer kompaktere Aufbauten, führt aber auch zu einer verschärften Anforderung bezüglich deren Überwachung und Regelung. Deshalb ist eine im Chip integrierte Sensorik von großem Vorteil“, betont Stefan Mönch, Forscher im Bereich Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.

In der Elektromobilität müssen möglichst viele Systeme auf wenig Platz verbaut werden der abgebildetet Spannungswandler basiert auf einem 4 mm × 3 großen GaN-Power-IC.
In der Elektromobilität müssen möglichst viele Systeme auf wenig Platz verbaut werden der abgebildetet Spannungswandler basiert auf einem 4 mm × 3 großen GaN-Power-IC.
(Bild: Fraunhofer IAF)

Bislang wurden Strom- und Temperatursensoren außerhalb des GaN-Chips realisiert. Der integrierte Stromsensor ermöglicht nun die rückwirkungsfreie Messung des Transistorstroms zur Regelung und zum Kurzschlussschutz und spart Platz im Vergleich zu externen Stromsensoren. Der integrierte Temperatursensor ermöglicht die direkte Messung der Temperatur des Leistungstransistors und bildet diese thermisch kritische Stelle genauer und schneller ab als bisherige externe Sensoren, da der Abstand und resultierende Temperaturunterschied zwischen Sensor und Messstelle durch die monolithische Integration entfällt.

„Die monolithisch integrierte GaN-Leistungselektronik mit Sensorik und Ansteuerung spart Chipfläche, reduziert den Aufwand für die Aufbautechnik und erhöht die Zuverlässigkeit. Für Anwendungen, in denen viele möglichst kleine und effiziente Systeme auf wenig Platz verbaut werden müssen, wie etwa der Elektromobilität, ist das entscheidend“, sagt Mönch, der die Schaltung für den GaN-Chip entworfen hat. Der 4 mm × 3 mm kleine GaN-Chip bilde die Basis für die Entwicklung von kompakteren On-Board-Ladegeräten.

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