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HANNOVER MESSE 2018, 23. - 27. April
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Hoch hinaus mit Leistungselektronik

Aufbaukonzept für Leistungselektronik stabilisiert Energieflüsse.

Karlsruher Institut für Technologie

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Produktbeschreibung

Überall dort, wo elektrische Energie erzeugt, transportiert oder genutzt wird, kommen leistungselektronische Bauteile zum Einsatz. Diese werden in Modulen zusammengefasst, wobei jedes Modul mehrere Bauteile, sog. Leistungshalbleiter, beinhaltet. Diese sind so konfiguriert, dass sie den Energiefluss bedarfsgerecht steuern. Für die verlustarme Steuerung werden die Leistungshalbleiter schaltend betrieben. Je höher die Schaltfrequenz, desto geringer sind Platzbedarf und Gewicht. Deshalb sind diese Module vorteilhaft für elektrische Antriebe. Um hohe Schaltfrequenzen zu ermöglichen, muss jedoch eine ungewollte Eigenschaft der Leistungsmodule minimiert werden: die Induktivität. Deren negative Auswirkungen sind bspw. langsamere, verlustreiche Schaltvorgänge.

Gängige leistungselektronische Module sind in Schichten aufgebaut: Auf ein nichtleitendes Trägersubstrat folgen Leitungsstrukturen, auf welche Leistungshalbleiterchips aufgebracht sind. Die Verbindung zu externen Systemen erfolgt mittels Steck- oder Schraubkontakte. Nachteile daran sind die ungewollte Induktivität und geringe Integrationsmöglichkeiten.

Forscher am KIT-Institut IPE haben eine neuartige Bauteilanordnung entwickelt, die die Ausführung niederinduktiver Module ermöglicht. Hierzu wird ein plattenförmiges Verbindungselement senkrecht zum Hauptsubstrat aufgebracht, welches Leistungselektronik und Schaltung verbindet. Es trägt sowohl Hin- wie auch Rückleiter, die Komponenten werden dadurch mechanisch und elektrisch verbunden. Die kompakte Bauweise erfordert weniger Platz.

Mithilfe des neuen Aufbaukonzepts können Schaltzeiten, Kühlaufwand und Produktionszeiten reduziert werden. Der modulspezifischen Ausgestaltung des Verbindungselements sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Beispielsweise kann der Verbinder gleichzeitig die Funktion eines Kondensators erfüllen, indem er aus mehreren metallischen und keramischen Lagen aufgebaut ist. So können Schaltzeiten, Kühlaufwand und Produktionszeiten reduziert werden.

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