Den GaN-fähigen PV-Wechselrichter zum Leben erwecken

Als System Innovator arbeitet Neways an verschiedenen Innovationsprojekten. Eines dieser Projekte ist das europäische GaNext-Projekt, bei dem wir zusammen mit unseren internationalen Partnern ein Intelligent Power Module (IPM) bauen, um bestehende Hindernisse für die Einführung der Galliumnitrid (GaN)-Technologie für praktische Lösungen zu beseitigen. Unser Anteil besteht darin, einen extrem kompakten Solarwechselrichter (PV-Wechselrichter) zu bauen, der sowohl die GaN-Technologie als auch das IPM enthält, um so zur Miniaturisierung von Stromversorgungsanwendungen beizutragen.

Daher verwenden wir einen zweistufigen Ansatz. Zuerst bauen wir einen PV-Wechselrichter mit GaN-Geräten und in der Folge bauen wir einen PV-Wechselrichter mit dem Intelligent Power Module.

In Q1 haben wir über die Startphase des GaN-Projekts berichtet und einige der grundlegenden Entscheidungen in Bezug auf die Schaltfrequenzen erklärt. Seitdem ist viel passiert: wir haben unsere ersten Prototypen erstellt und sind mit den Testaktivitäten begonnen.

Die verwendeten 650V GaN-Komponenten des Konsortiumpartners Cambridge GaN Devices Ltd. (CGD) sind neuester Stand der Technik und noch nicht kommerziell erhältlich. Daher mussten wir eine Lösung finden, die verschiedenen Teile zu testen und zu integrieren, die eine reibungslose Durchführung der Tests gewährleistet, ohne die wertvollen Komponenten zu zerstören. Aufgrund der sogenannten „unsicheren“ (gefährlichen) Spannungen mussten wir darüber hinaus vor allem jegliche Verletzungen der am DUT (Prüfling) arbeitenden Teammitglieder vermeiden.

Wir haben unsere auf der Systemtechnik basierende Designmethodik voll ausgeschöpft, indem wir den strukturierten und schrittweisen Entwicklungsansatz auf den GaNext-Wechselrichter angewendet haben.

Während der Design- und Implementierungsphase führten wir eine „Design Failure Mode and Effects Analysis“ durch und erstellten eine solche Architektur, dass die wichtigsten Funktionsteile separat und unter bestimmten Niederspannungsbedingungen getestet werden konnten.

Nachdem der Prototyp des PCBA gebaut wurde, leiteten wir die verschiedenen Verifikationsphasen ein, beginnend mit dem Unit Verification Test der einzelnen Bausteine, wie sie im GaNext PV-Wechselrichter verwendet werden. Unabhängig von jedem anderen Teil des GaNext PV-Wechselrichter-Prototyps oder einer Hochspannungsversorgung wurden diese Bausteine ​​zum Leben erweckt – Schritt für Schritt und Funktion für Funktion.

Die Ausgangsstufe des Wechselrichters bereit für den Unit Verification Test

Während dieser ersten Testphase für die Einheitsprüfung schuf ein separates Team eine sichere Arbeitsumgebung für die unvermeidliche Situation, in der wir den Wechselrichter mit den unsicheren Spannungen speisen müssen.

Der nächste Schritt war die Integration der verschiedenen Bausteine ​​und die Initiierung der Integrationstests bei niedrigen Spannungen. Es war eine große Freude zu sehen, wie der PV-Wechselrichter zum Leben erwachte und die erste Sinuswelle erzeugte!

In einer anschließenden Testrunde wurden die Integrationstests in dieser sicheren Arbeitsumgebung mit höheren Spannungen durchgeführt, und das schrittweise Vorgehen zahlte sich aus und führte zu einer erfolgreichen Integration ohne größere Rückschläge.

Durch den schrittweisen Ansatz konnten wir bereits innerhalb kurzer Zeit eine Leistungsumsetzung von 1KW erreichen, ohne dass es zu unsicheren Situationen oder einem defekten GaN-Gerät kam!

Natürlich sind wir noch nicht fertig. Für diesen Prototyp muss die übertragene Leistung auf 3 kW erhöht und viele Tests und Optimierungen durchgeführt werden, um die GaN-Technologie voll auszuschöpfen. Die nächsten Schritte werden die Effizienz des Systems bestimmen. Aber – Vorsicht vor dem Spoiler – die ersten Ergebnisse sehen wirklich vielversprechend aus. Die Fortsetzung gibt es in unserem nächsten vierteljährlichen Follow-up.

Erste Sinuswelle während der anfänglichen Integration mit niedrigen Ein- und Ausgangsspannungen gezeigt

Informationen zum GaNext-Projekt:

Galliumnitrid ”GaN” ist ein vielversprechendes Material, um Silizium in Leistungselektronikanwendungen im 650-V-Markt zu ersetzen. Auf GaN basierende Stromversorgungssysteme können leichter, kompakter, wesentlich effizienter und möglicherweise billiger sein als auf Silizium basierende. Im Rahmen des GaNext-Projekts wollen wir Hindernisse für die Einführung von GaN beseitigen und die höhere Effizienz und Leistungsdichte von GaN-basierten Systemen in einer Reihe von Anwendungen demonstrieren. Das Herzstück des Projekts ist die Entwicklung eines intelligenten GaN-Leistungsmoduls, bei dem die Steuerung, Treiber und Schutzschaltungen zusammen mit den Leistungsgeräten verpackt sind.

GaNext Consortium Partner:

Vereinigtes Königreich
Cambridge GaN Devices Ltd., CSA Catapult, Lyra Electronics Ltd.

Niederlande
Besi Netherlands BV, Eindhoven University of Technology, Neways Technologies BV, Signify

Deutschland
advICo microelectronics GmbH, Maccon Elektroniksysteme GmbH, Infineon Technologies AG, SUMIDA Components & Modules GmbH, Technische Universität Dortmund, Fraunhofer IMS

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