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Wir haben die Experten der Branche gefragt, wie und ob sich energieeffiziente Leistungselektronik umsetzten lässt.

Bild: iStock, porcorex

Umfrage zur Leistungselektronik Gibt es überhaupt energieeffiziente Leistungselektronik?

28.04.2022

Die Leistungselektronik hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen und gehört heute zum Beispiel in elektronischen Antrieben zu einer der zentralen Komponente. Zu den Hauptaufgaben der Leistungselektronik gehört hierbei die Ansteuerung der elektrischen Maschine sowie die Kommunikation mit der Steuerung und die Überwachung des Systems. Um dabei Leistungsverluste etwa bei Ansteuerung von Hochleistungsantrieben zu vermeiden, ist eine effiziente Leistungselektronik gefragt. Hier buhlen Technologien wie IGBTs, Si-MOSFETs und Bauelemente auf Basis von Siliciumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) um die Gunst der Anwender. Doch was zeichnet eine energieeffiziente Leistungselektronik aus?

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Das sagen die Experten:

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  • Thomas Windeck, Leitung Vertrieb bei CTX: Leistungselektronik ist dann besonders energieeffizient, wenn sie über gute thermische Eigenschaften verfügt. Hohe Schaltgeschwindigkeiten bei geringen ohmschen Verlusten sind wünschenswert. Die Forschung und Entwicklung beschäftigt sich daher mit neuen Halbleitertechnologien und -materialien, die zu hochkompakten elektronischen Bauteilen führen, die trotz höherer Leistung weniger Wärme erzeugen. Dehnt man den Begriff „Energieeffizienz“ auf eine möglichst ressourcenschonende Herstellung der elektronischen Bauteile aus, dann trägt auch die Baugröße der Leistungselektronik und der in ihnen verbauten kompakten Kühllösungen zu ihrer Energieeffizienz bei.

  • Steve Roberts, Innovation Manager bei Recom: Es gibt zwei Hauptfaktoren für hocheffiziente Leistungselektronik: die Gewährleistung geringer Verluste bei hohen Lasten und die Entwicklung eines sehr niedrigen Stromverbrauchs im Standby-Modus, wobei beides gleichermaßen wichtig ist. Die Transistortechnologie mit großer Bandbreite, regenerative Snubber und fortschrittliche Magnettechnik tragen zur Verringerung der Verluste bei hohen Lasten bei, was nicht nur den Wirkungsgrad erhöht, sondern auch weniger Wärme erzeugt, sodass kleinere und leichtere Leistungsstufen gebaut werden können; Letzteres wird durch Low-Leakage-Komponenten, Techniken zur Reduzierung des Energieverbrauchs im Deep Sleep Modus und den sogenannten „Zero Standby“-Stromverbrauch verringert.

  • Felipe Filsecker, Applikationsingenieur und Gruppenleiter, Application and Technical Solution Center bei Rohm: Die Leistungselektronik entwickelt sich ständig weiter, um die Energieumwandlung effizienter und Schaltungen kompakter zu gestalten. Leider ist es nicht vermeidbar, dass Bauteile Verluste verursachen. Dennoch können neue Technologien diese Verluste reduzieren. Aktuelle Leistungshalbleiter bilden dabei eine Schlüsseltechnologie. Durch diese wird die oberste Effizienzgrenze bestimmt, die eine Schaltung überhaupt erreichen kann. Ein wichtiger Wandel findet momentan dort statt, wo übliche Silizium-Schalter wie MOSFETs und IGBTs durch GaN- und SiC-Schalter ersetzt werden. Damit eröffnen sich neue Türen, wovon wir früher nur geträumt haben. Ob das neue kompakte Ladegerät für USB-Geräte oder das neue Elektroauto – keines davon wäre heute in der Form möglich, ohne den Einsatz von GaN- oder SiC-Halbleitern.

  • Thomas Grasshoff, Head of Strategic Marketing bei Semikron: Die Themen Leistungselektronik und Energieeffizienz sind eng miteinander verbunden. Energieeffizient bedeutet verlustleistungsarm, das heißt die Übertragungs- und Wandlerverluste sollen zwischen Erzeugung und der Nutzung möglichst gering sein. Leistungselektronische Bauteile verteilen, regeln und wandeln elektrische Energie. Neben einer zuverlässigen Aufbau- und Verbindungstechnik dieser Bauteile spielen die optimal genutzten Eigenschaften des Halbleiters sowie die Anwendungsbedingungen wie Schaltfrequenz und Kühlung eine entscheidende Rolle. Moderne siliziumbasierte IGBT’s haben kleine statische und dynamische Verluste durch geringe Materialdicken und kleine Zellabstände. SiC bietet mit der 3-fachen Bandlücke und der 10-fachen Durchbruchspannung Materialeigenschaften, die um bis zu einer Größenordnung geringere Verluste als bei IGBT’s ermöglichen.

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