Kibri Mehreteab

Entwicklung eines Gatetreibers für Leistungstransistoren mit schnell schaltenden Stromquellen

In der Elektromobilität werden Wechselrichter eingesetzt, um aus der vom Akku zur Verfügung gestellten Gleichspannung Wechselspannungen für den Antriebsmotor zu erzeugen. Typische Gleichspannungen liegen im Bereich von mehreren hundert Volt bei Leistungen von wenigen zehn Kilowatt bei kleineren Hybridfahrzeugen bis über 200 kW bei Elektrosportfahrzeugen. Üblicherweise kommen heute IGBTs (insulated gate bipolar transistor) als Leistungshalbleiter in den Wechselrichtern zum Einsatz.

Zur Ansteuerung dieser IGBTs werden Gatetreiber benötigt. Übliche Gatetreiber schalten zum Einschalten des Transistors eine positive Spannung bzw. zum Abschalten eine negative Spannung an das Gate. Zur Strombegrenzung werden Gatewiderstände eingesetzt.

Im Rahmen dieser Thesis soll ein Gatetreiber entwickelt und aufgebaut werden, der den Transistor mit Stromquellen am Gate ein- und abschaltet. Der Strom soll zusätzlich schnell zwischen zwei Werten umgeschaltet werden können. Als positive Spannung soll am Gate 20 V erreicht werden können bzw. zum Abschalten −10 V. Die Gateströme sollen bis zu ±10 A betragen. Die Ruhestromaufnahme der Ansteuerung muss ebenfalls berücksichtigt werden.

Dazu sind u.a. folgende Punkte zu bearbeiten:

• Entwurf und Simulation (SPICE) möglicher Lösung für die schnell schaltenden Stromquellen
• Auswahl geeigneter Komponenten und Entwicklung eines Schaltplans
• Erstellung eines Layouts mit der Software Altium Designer
• Inbetriebnahme und Test der Schaltung am Doppelpulsmessplatz
• Schriftliche Dokumentation der Ergebnisse und Präsentation in einem Seminarvortrag