Design der Ansteuerschaltung eines 6.5 kV SiC-Umrichters für mittelspannungsgespeiste leistungselektronische Konverter

Ein aktuelles Forschungsthema in der Leistungselektronik ist die Erweiterung des Einsatzgebiets leistungselektronischer Konverter von Niederspannungs- hin zu Mittelspannungsanwendungen. Die zentralen Motivationen hierbei sind die Effizienzsteigerung, die Bauvolumenreduktion wegen dem möglichen Entfall von großen passiven Systemkomponenten (Netztransformatoren) sowie die Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit. Vorangetrieben wird dieser Trend vor allem durch Applikationen, in denen höchste Systemleistungen gefordert werden. Einige Beispiele hierfür sind leistungselektronische Konverter als Versorgungseinheiten großer Rechenzentren oder in der Traktion. Die Herausforderung in der aktuellen Forschung kann in zwei Teilgebiete unterteilt werden: Die Entwicklung abschaltbarer Leistungshalbleiter mit hohem Sperrspannungsvermögen und gleichzeitig geringen Verlusten sowie die Entwicklung von robusten Ansteuerschaltungen für diese Leistungshalbleiter. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, einen Gate-Treiber für eine SiC-Umrichterstufe zu entwerfen, welche Zwischenkreisspannungen bis zu 4 kV (DC) sowie Ausgangsleistungen bis zu 50 kW unterstützt. Der Umrichter soll für einen zukünftigen Versuchsaufbau eines resonanten DC/DC-Konverters auf Basis eines MFTs eingesetzt werden, wobei Grundfrequenzen zwischen 5 kHz und 30 kHz gefordert werden. Die zentrale Aufgabe dieser Arbeit besteht darin, einen kompakten Gate-Treiber für ein SiC-Leistungsmodul der Spannungsklasse 6.5 kV zu entwickeln und dabei die Anforderungen hinsichtlich Isolationsfestigkeit, Selbstschutz, elektromagnetische Störfestigkeit und einfacher Skalierbarkeit zu erfüllen.