Intelligente Leistungswandler der nächsten Generation für elektrische Flugzeuge stehen bereit
Siliziumkarbid (SiC) ist ein Werkstoff der nächsten Generation und soll den Leistungsverlust bei Halbleiter-Leistungsbauelementen deutlich reduzieren, etwa bei Sperrschicht- und Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren. Leistungsmodule, die SiC-Leistungshalbleiter verwenden, ermöglichen höhere Leistungsdichte, Spannung, Temperatur und Frequenz und verbessern gleichzeitig die Wärmeableitung. Durch den gesenkten Bedarf für Kühlsysteme ist SiC im Vergleich zu herkömmlicher Halbleitertechnologie ein vielversprechendes Material für leichtere elektronische Komponenten. Die Partner des EU-finanzierten Projekts HYPOTHESIS (Feasibility study of intelligent high integrated power electronic module (HIPEM) for aeronautic application) haben eine Durchführbarkeitsstudie für intelligente integrierte Strommodule mit hoher Leistung durchgeführt, um sicherzustellen, dass diese die Anforderungen für MEA erfüllen. Diese Module bilden den Kern, um den die Konstruktion der elektronischen Wandlerkomponenten der nächsten Generation aufgebaut sein wird. Die Projektpartner haben nun ein intelligentes Leistungsmodul (Intelligent Power Module, IPM) näher beschrieben, konzipiert, gefertigt und erprobt, das sowohl die Leistungsbauelemente als auch den isolierten Gate-Treiber beinhaltet. Es erfüllt MEA-Anforderungen in Hinsicht auf die Entwicklung kleinerer und leichterer Leistungswandler. Der IPM-Prototyp basiert auf dem Einsatz moderner Materialien für Hochtemperaturbetrieb und mit dem Blick auf höchste Zuverlässigkeit. Die Projektergebnisse werden die Einführung neuer SiC-Bauelemente bei Luft- und Raumfahrtanwendungen, insbesondere für die Stromerzeugung und elektromechanische Aktoren, unterstützen. Neue SiC-Transistoren werden kleinere und leichtere Leistungswandler für MEA ermöglichen und auf diese Weise den Kraftstoffverbrauch und die Wartungskosten senken. Die Resultate werden dank des Einsatzes und der Validierung neuer Materialien für Grundplatten, Substrate, Bestückung (Die Attach), Gele und Kunststoffe gleichermaßen Hilfestellung dabei geben, die Zuverlässigkeit von Leistungsmodulen zu erhöhen, die in rauen Leistungszyklen und Hochtemperaturumgebungen betrieben werden. Das Aufkommen von MEA und schließlich des vollelektrischen Luftfahrzeugs stellt hohe Anforderungen an Gewicht- und Volumenreduktion. In intelligenten Leistungsmodulen steckt ein großes Potenzial, den Kohlenstofffußabdruck der Luftfahrtindustrie verkleinern zu können.
Schlüsselbegriffe
Stromrichter, Spannungsumformer, Leistungswandler, elektrisches Flugzeug, Siliziumkarbid, HYPOTHESIS, intelligentes Leistungsmodul, Intelligent Power Module
