Elektrotechnik

Treiberschaltung für GaN GIT - GaN GIT Halbleiterbauelemente PowerGaN Gate Drive

Ref.-Nr. 6670

Keywords: Gate Treiber, Galliumnitrid Halbleiter, GaN GIT, GaN Treibernetzwerk, Leistungselektronik, hohe Schaltfrequenzen in MHz-Bereich, Gate-Ansteuerung

In der Leistungselektronik wandeln schnellschaltende elektronische Bauelemente elektrische Energie um – etwa in Wechsel- oder Frequenzumrichtern oder in Schaltreglern. Diese Elektronik-Bauteile sollen möglichst kostengünstig sein und je nach Anwendung eine besonders hohe Leistungsdichte oder ein geringes Gewicht haben. Neben den üblichen Silizium-(Si)-Halbleitern werden auch Halbleiter auf Basis von Silizumcarbid (SiC) bzw. Galliumnitrid (GaN) verwendet, die eine große Bandlücke (Wide Band Gap) aufweisen und sehr hohe Schaltfrequenzen ermöglichen.  Eine neue Erfindung der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg setzt nun auf eine neuartige elektronische Schaltung, um solcher GaN GIT Halbleiterbauelemente anzusteuern. Dazu wird eine Schaltung mit mindestens einer Kapazität und einer Zener-Diode parallelgeschaltet. Der Vorteil: Mit dieser Treiberschaltung lassen sich Leistungshalbleiter (SD) hochfrequent ansteuern, genauer gesagt im Megahertz-Bereich. Die Anzahl der Komponenten wird durch eine bessere Kontrolle über die Schaltwellenform reduziert, was zu einer Reduzierung parasitärer Komponenten führt. Darüber hinaus ist auch eine negative Gate-Ansteuerung möglich, selbst wenn eine unipolare Versorgung in der Gate-Treiberschaltung verwendet wird. Weitere Vorteile wie geringere Verluste, eine Erhöhung der Leistungsdichte und ein einfacheres Schaltungsdesign werden ebenfalls erzielt.

Vorteile

  • sehr hohe Schaltfrequenzen im MHz-Bereich
  • Treiberschaltung für GaN-Bauelemente
  • einfaches Schaltungskonzept
  • ermöglicht symmetrische Stromverteilung

Kommerzielle Anwendung

GaN (Galliumnitrid) ist ein innovatives Halbleitermaterial, das zunehmend in Stromversorgungen und Ladegeräten eingesetzt wird. Das kristalline Material ist eine leistungsstarke Alternative zu herkömmlichem Silizium. Die Erfindung kann daher zukünftig in vielen Anwendungsgebieten der Leistungselektronik eingesetzt werden, u.a. in Elektrofahrzeugen sowie in der Leistungselektronik alternativer Energiequellen.

Aktueller Stand

Erste Labormuster und Protoptypen wurden hergestellt und können eine Funktionstauglichkeit belegen. Eine Anmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt ist erfolgt. Weitere Nationalisierungen sind im Rahmen einer PCT-Anmeldung möglich.

Technologie-Reifegrad

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Versuchsaufbau im Labor

Eine Erfindung der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg.


Dipl.-Ing. Martin van Ackeren

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