Technologie nieuws

GaN spanningsomvormer haalt 98 %

Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) ontwikkelen transistoren op basis van galliumnitride (GaN) om het rendement van spanningsomvormers te verbeteren en warmteverliezen te verminderen. De componenten munten uit door een lage weerstand en hoge schakelsnelheid. Onlangs kon in spanningsomvormers een rendement van 98% worden behaald, waardoor energie wordt bespaard in de elektro-mobiliteit en zonne-energie.

Voor de ontwikkeling van de elektromobiliteit is het essentieel om de hoeveelheid energie die elektrische auto’s verbruiken, te beperken. Met behulp van efficiënte spanningsomvormers kunnen tijdens het laden en ontladen van de batterijen vermogensverliezen worden geminimaliseerd, waardoor energie wordt bespaard.

Onderzoekers van Fraunhofer-IAF in Freiburg hebben, in samenwerking met het Ferdinand-Braun-Institut in Berlijn, galliumnitride componenten voor toepassing in de elektromobiliteit en fotovoltaïk ontwikkeld. Het rendement van de transistoren in de spanningsomvormers kon worden verhoogd tot 98%. Tijdens praktijktesten werd tot 1 kW vermogen bereikt. In vergelijking met de gebruikelijke componenten van silicium is het vermogensverlies in de spanningsomvormers daarmee meer dan gehalveerd.

De nieuwe componenten zijn het resultaat van het onderzoeksproject ‘PowerGaNPlus’, dat door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) wordt gesubsidieerd. Doel is om Duitsland neer te zetten als toonaangevend aanbieder van technologieën voor elektromobiliteit en tegelijkertijd een bijdrage te leveren aan duurzame mobiliteit.

Robuust
Bij de ontwikkeling van de technologie werkt Fraunhofer-IAF onder andere samen met Robert Bosch om de componenten in de praktijk te testen. Tijdens de uitgevoerde belastingtesten leverden de componenten niet alleen goede prestaties, ook werden aanwijzingen gevonden voor een hoge kortsluitvastheid.

Validatie van de in het kader van het project ontwikkelde componenten met een doorslagspanning boven 600 V gaf een veelbelovende ontwikkeling. Al in dit vroege ontwikkelingsstadium konden bij het gebruik van de galliumnitride componenten in toegepaste schakelingen vergelijkbaar lage inschakelweerstanden en schakelverliezen worden bereikt als met beproefde en commercieel beschikbare siliciumcarbide (SiC) transistoren.

De belastingtesten leverden bovendien de eerste resultaten op het gebied van kortsluitvastheid en temperatuurbestendigheid. In doorlaatrichting haalden de componenten maximale stromen tot 100 A.

Behalve in laadapparaten voor batterijen van elektrische voertuigen konden de transistoren, in samenwerking met Kaco New Energy, worden getest voor gebruik in fotovoltaïsche gelijkrichters. Aan het onderzoeksproject werken verder Ixys Semiconductor, United Monolithic Semiconductors, de Universität Erlangen-Nürnberg en RWTH Aachen mee.

Nieuwe mogelijkheden
Componenten van silicium lopen tegen hun fysische grenzen aan, maar de galliumnitride-technologie biedt nieuwe kansen voor de vermogenselektronica. GaN componenten kunnen bij hogere spanningen en temperaturen worden gebruikt dan conventionele silicium vermogenscomponenten. De koeling kan worden gereduceerd en er worden compacte, lichtere en goedkopere omvormers mogelijk.

In vergelijking met Si transistoren kan met GaN de schakelfrequentie met een factor drie omhoog. Door de hogere di-ëlektrische waarde en vermogensdichtheid van het materiaal zijn GaN componenten efficiënter dan hun Si tegenhangers.

In de toekomst kunnen GaN transistoren ook in huishoudelijke toepassingen, de productietechniek of in generatoren voor plasma-en lasersystemen het rendement verbeteren en energie besparen. Het doel van industrie en onderzoekers blijft de betrouwbaarheid, temperatuurbestendigheid en schakelfrequenties te verhogen, om zo de volle potentie van de galliumnitride technologie te benutten.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven