DC/DC-Wandler

Das Projektteam »DC/DC-Wandler« entwickelt DC/DC-Wandler für die Automobil- und Luftfahrtbranche sowie für stationäre Anwendungen. Je nach Anforderung erarbeiten wir kundenspezifische Prototypen, erforschen neue Schaltungskonzepte oder finden Systemlösungen. Wir nutzen flexibel neueste Transistoren und passive Bauteile sowie digitale Steuerungen und liefern Geräte in speziellen Gehäusen und Bauformen.

In diesem Bereich realisieren wir innerhalb einer Projektzeit von 6 bis 18 Monaten auf die Anwendung zugeschnittene, voll funktionsfähige Prototypen.

• Hocheffiziente, kompakte DC/DC-Wandler
• Leistung bis zu 600 kW, 100 - 1000 A
• Typ. Spannungsebenen: 450 / 850 V
• Kundenspezifische Gehäuse-, Layout-, Kommunikations- und Leistungsspezifikationen
• Hochgeschwindigkeits-Regelkreise für Stabilität und sichere Handhabung von Lastsprüngen
• Anwendungsspezifische Flüssigkeits- oder Luftkühltechniken

Vorentwickelte Hochleistungs-DC/DC-Wandler decken einen breiten Anwendungsbereich ab. Je nach Anforderung lassen sich einzelne Komponenten anpassen und Funktionen in der Firmware integrieren. Durch langjährige Entwicklungsaktivitäten stehen bei diesen Wandlern besonders viele Erfahrungswerte und Daten zur Verfügung. Die Wandler sind für viele Versuche direkt einsetzbar oder können als Basis für angepasste Projekte dienen. In diesem Fall stellen wir zusätzlich spezifische Informationen und Daten zur Verfügung, beispielsweise:

• Betriebsanleitung
• Umfangreiche Dokumentation
• EMV-Messungen
• Wirkungsgrade
• Druckverlust des Kühlsystems
• Lebensdauererfahrung

Demonstratoren für neue Technologien und Bauteile fokussieren sich auf den jeweiligen Kernaspekt wie z. B. die Schaltzelle oder eine Leistungsinduktivität. Die Vorteile dieser Laboraufbauten sind:

• Zielgerichtetes Projekt mit Fokus auf die genauen Fragestellungen
• Kurze Projektlaufzeit
• Einzelprototyp zur Validierung der Leistung oder der Fragestellung
• Physikalischer Machbarkeitsnachweis
• Demonstration und, je nach Wunsch, wissenschaftliche Veröffentlichung der Technologie

Neuartige Technologien ermöglichen effizientere, kostengünstigere und kleinere Wandler. Forschungsprojekte geben den passenden Rahmen für die Zusammenarbeit rund um neue Ideen und Entwicklungen. Kunden und Partner erhalten somit:

• Einblicke in Technologien von Morgen
• Schnelle Untersuchung einzelner Fragestellungen in einer sehr breiten Auswahl an Messgeräten und Prüfständen
• Bei Bedarf gemeinsame Publikation der Forschungsergebnisse
• Zugriff auf neueste Technologien und Engineering Samples

Unsere galvanisch isolierten Hochspannungs-DC/DC-Wandler sind für Hilfsstromversorgungsanwendungen in PKW und LKW konzipiert, können aber auch für Flugzeuge angepasst werden. Typische Ausgangsspannungen sind 12 V, 24 V, 28 V oder 48 V. Durch den Einsatz neuester Si-, SiC- und GaN-Bauelemente in Verbindung mit innovativen Schaltungstopologien können auch spezielle Anforderungen wie isolierte bidirektionale einstufige DC/DC-Wandler oder isolierte Multiport-DC/DC-Wandler erfüllt werden.

Wir können komplette Plug-and-Play-Systemprototypen sowie systeminstallierbare DC/DC-Module entwickeln und aufbauen oder Designunterstützung durch Schaltungsanalysen und Studien leisten.
 

Auf einen Blick

• unidirektionale oder bidirektionale Versionen
• Einzelner Eingang, einzelner Ausgang oder Multiport
• Hohe Leistungsdichten bis zu 10 kW/dm³
• Typ. Leistungsbereiche: 5 kW, 11 kW, 22 kW, 100 kW
• Typ. HV-Spannungsebenen: 450 V / 850 V
• Typ. NS-Spannungsebenen: 12 V, 24 V, 48 V
• Lösungen für Flüssigkeitskühlung oder Luftkühlung
• Digitale Steuerkarten mit CAN-Kommunikation

Unsere nicht-isolierenden, bidirektionalen Hochspannungswandler werden vor allem für das Energiemanagement im Traktionsbereich bei Rekuperation, Spannungserhöhung, das Management verschiedener Energiequellen (z. B. Brennstoffzelle und Batterie) und Schnellladung eingesetzt. Der Umrichter deckt einen Leistungsbereich bis zu etwa 1 Megawatt mit Wirkungsgraden bis zu 99 % ab. Die Kombination des Umrichters mit Antriebswechselrichtern ist im Sinne der Systemintegration ebenso möglich wie eine Integration in den elektrischen Energiespeicher. Die Art der Kühlung (Luft, Wasser oder Öl) wird in der Regel auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten. Eine volldigitale Steuerung und eine CAN-Bus-Schnittstelle für die Kommunikation mit einem Fahrzeugsteuergerät ist Standard. Wir verwenden modernste Si-, SiC- und GaN-Bauelemente. Unser mehrphasiges Konzept ermöglicht eine Verschiebung der Grundfrequenz der Zwischenkreisspannung in den MHz-Bereich, was zu einer erheblichen Gewichts- und Volumenreduzierung der passiven Komponenten führt.

Für unsere Industriepartner bauen wir komplette Systeme, einschließlich Hochleistungs- und Bussteckern. Diese robusten, kompakten Geräte, die in ein abgedichtetes Gehäuse integriert sind, werden in der Forschung und Entwicklung von Hybridfahrzeugen zur Bewertung des elektrischen Antriebsstrangs eingesetzt.

Durch ein lastadaptives Management der Anzahl der aktiven Phasen können Wirkungsgrade von bis zu 99 % über einen weiten Lastbereich realisiert werden. Alle Wandlerkomponenten einschließlich der EMI-Filter, der Steuerelektronik und des Flüssigkeitskühlers sind in unseren Angaben zur Leistungsdichte enthalten. Aufgrund der hohen Leistungsdichte und des geringen Leistungsgewichtes eignen sich unsere DC/DC-Wandler besonders für Motorsport- und Flugzeuganwendungen.

Gerne können Sie auch eine Sonderanfertigung für Ihre spezielle Anwendung anfordern.
 

Auf einen Blick

• Hocheffiziente kompakte DC/DC-Wandler
• Leistung bis zu 600 kW, 300 - 1000 A
• Typ. Spannungsebenen: 450 / 850 V
• Kundenspezifische Gehäuse-, Layout-, Kommunikations- und Leistungsspezifikationen
• Hochgeschwindigkeits-Regelkreise für Stabilität und sichere Handhabung von Lastsprüngen
• Anwendungsspezifische Flüssigkeits- oder Luftkühltechniken

Eine zentrale Komponente vieler elektrifizierter Fahrzeuge ist der Traktions-Gleichstromwandler. Er erfüllt die Funktion, elektrische Energie zwischen verschiedenen Energiespeichern, Batterieladegeräten (AC-Ladegeräten oder schnellen DC-Ladegeräten), Antriebsumrichtern und Reichweitenverlängerungsquellen anzuschließen und umzuwandeln. In der modernen Fahrzeugarchitektur sind Gewicht und Volumen die entscheidenden Faktoren. Im Hinblick auf den aktuellen Stand der Technik, können Leistungselektronikkomponenten auf Basis von SiC und GaN die höchsten Leistungsdichten und das geringste Gewicht für DC/DC-Wandler erreichen. Diese Geräte erlauben eine hohe Schaltfrequenz von 200 kHz und in einen hohen Wirkungsgrad von über 98,5 %. Die hohe Schaltfrequenz ermöglicht eine drastische Reduktion des Volumens von passiven Bauelementen, die zu einer Rekord-Leistungsdichte von bis zu 143 kW/dm³ führt.

Herausforderungen von High-Power-Density-Prototypen:

• Niederinduktive Kommutierungszelle für schnelles Schalten
• Integrierte Leistungsmodule
  
• Extrem flache und kleine Treiber mit hohem dV/dt
• Mehrphasenbetrieb für reduzierten Rippelstrom
• Hochleistungs-Keramik-Highside-Kondensator
• Kleine, genaue und EMI-immune Strommessung
• Niedervolumige, hochenergetische Leistungsinduktivitäten
• Integrierte und optimierte Wasserkühlung

In vielen elektrischen Konfigurationen stabilisiert oder steigert ein DC/DC-Wandler die Energie von einer Batterie oder Brennstoffzelle zum HV-Netz. Für Anwendungen im Motorsport oder Prototypenfahrzeugen ist eine robuste, aber sehr kleine und leichte Leistungselektronik erforderlich. Innerhalb kurzer Zeit entwickelt und baut das Fraunhofer IISB A- und B-Style-Prototypen. Diese werden typischerweise von CAN gesteuert und bieten alle grundlegenden Sicherheits- und Leistungsfunktionen wie aktive Entladung, Grund- und Verstärkungsisolation, Spannungs- und Stromregelkreise und Statusrückmeldung.

Wenn neuartige Leistungsbauelemente von der Forschung in die Industrie übertragen werden, ist die Charakterisierung dieser Bauelemente und ihre Anwendung in leistungselektronischen Umrichtern von entscheidender Bedeutung, um das künftige Potenzial zu bewerten. Unter Berücksichtigung umfassender Charakterisierungsergebnisse für die Systementwicklung sind Rekordwerte von 200 kW/l Leistungsdichte, Wirkungsgrade über 99 % und Schaltfrequenzen bis zu 1 MHz keine Seltenheit mehr.

Werden Sie unser Partner für innovative Lösungen mit Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern und verpassen Sie nicht die Zukunft der Leistungselektronik!

Herausforderungen:

• Evaluation neuartiger Bauelemente in hocheffizienten leistungselektronischen Systemen
• Kostensenkung durch Systemintegration
• Innovative Lösungen für Automobil- und Energieübertragungsanwendungen
• Umfassende Systemkonzepte durch Expertise bei Materialien, Bauelementen, Modulen und Systemen
• Elektrisch und thermisch optimierte Die-Attach-Technologien