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Am Lehrstuhl für Mechatronik sind 2024 drei neue öffentlich geförderte Drittmittelprojekte eingeworben worden.

Das Projekt „WindShield - Effiziente Windenergieleistungselektronik dank neuartiger Schutzfunktion in Modulen mit erhöhter Leistungsdichte“ wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. „WindShield“ strebt die Integration eines neuartigen, autonomen Kurzschlussschutzes direkt in ein Halbleiterleistungsmodul zur Erhöhung der Leistungsdichte durch neuartige verlustoptimierte Halbleiterchips an. Gelingt der Nachweis einer stabilen „Kommunikation“ und der sicheren Fehlerfallbeherrschung im Zusammenspiel mit Gatetreiber und der übergeordneten Steuerebene lässt sich ein Umrichtersystem mit höherer Leistungsdichte bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad realisieren. Zusätzlich würde im Erfolgsfall zukünftig die heute sehr aufwendige Feinjustage im Umrichter zum Kurzschlussschutz deutlich einfacher und schneller. Projektpartner sind die Infineon Technologies AG und das Ingenieurbüro Hoffmann GmbH.

Das Projekt „Bestimmung der Temperatur von GaN-basierten Leistungshalbleitern mit Hilfe temperatursensitiver Parameter“ wird von der DFG im Rahmen des Schwerpunktprogrammes Energieeffiziente Leistungselektronik „GaNius“ gefördert. Die Leistungselektronik erfährt durch die Fortschritte bei Halbleitermaterialien mit großem Bandabstand aktuell einen riesigen Innovations­schub. Es lassen sich Bauelemente realisieren, die im Vergleich zum Stand der Technik um Größenordnungen höhere Schaltgeschwindigkeiten erreichen, bei gleichzeitig geringen Verlusten. Insbesondere der moderne Halbleiter Galliumnitrid (GaN) eröffnet zudem völlig neue Integrationstiefen und Schaltungen für hochfrequente leistungselektronische Komponenten und effiziente hochkompakte Systeme. Aufgrund des fehlenden pn-Übergangs können klassische Verfahren zur Temperaturbestimmung nicht angewendet werden und andere temperatursensitive elektrische Eigenschaften des Halbleiters müssen zur Temperaturbestimmung für die korrekte Auslegung und den sicheren Betrieb gefunden werden. Dies ist Forschungsgegenstand dieses DFG Projektes.

Ein weiteres von der DFG geförderte Projekt befasst sich mit der „Reduktion der thermischen Wechsellastbeanspruchung von Leistungshalbleitern durch eine nicht-lineare Phasenwechsel-Kühlung“. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Leistungshalbleitern, welche für eine effiziente und nachhaltige Wandlung der elektrischen Energie eingesetzt werden.  Dazu soll einerseits ein Chip nahes neuartiges Siedekühlungssystem zur Erhöhung der thermischen Kapazität erforscht und bezüglich Realisierbarkeit bewertet werden. Eine erreichbare Verbesserung der thermischen Impedanz im Bereich von mindestens 40 % im relevanten Zeitbereich von einigen Sekunden bis Minuten wird angestrebt. Anderseits soll eine dazu passende thermische Modellierungsmethodik für (nicht-lineare) Siedekühlungen entwickelt werden, welche verlässliche Vorhersagen bei einer Variation von Randbedingungen wie Geometrie, Phasenwechselmedium und Umgebungstemperatur sowie eine Optimierung des Kühlsystems ermöglicht.

Alle drei Förderprojekte haben jeweils eine Laufzeit von drei Jahren und umfassen insgesamt ein Volumen von mehr als 1,2 Mio Euro.