De GaN-compatibele PV-omvormer tot leven brengen

Als Systeeminnovator werkt Neways aan verschillende innovatieprojecten. Een van deze projecten is het Europese GaNext-project waarbij we samen met onze internationale partners een Intelligent Power Module (IPM) bouwen om bestaande barrières weg te nemen voor het toepassen van de Gallium Nitride (GaN)-technologie voor praktische oplossingen. Ons aandeel is het bouwen van een extreem compacte omvormer voor zonne-energie (PV-omvormer) die zowel de GaN-technologie als de IPM bevat om bij te dragen aan de miniaturisering van stroomtoepassingen.

Daarom gebruiken we een tweetrapsbenadering. Eerst bouwen we een PV-omvormer met behulp van GaN-apparaten en ten tweede bouwen we een PV-omvormer met behulp van de Intelligent Power Module.

In Q1 hebben we het eerste deel van het GaN-verhaal gedeeld waarin we enkele van de fundamentele keuzes met betrekking tot de schakelfrequenties hebben uitgelegd. Sindsdien is er veel gebeurd. We hebben onze eerste prototypes gemaakt en zijn begonnen met de testactiviteiten.

De gebruikte 650V GaN-componenten van consortiumpartner Cambridge GaN Devices Ltd. (CGD) zijn state-of-the-art en nog niet commercieel verkrijgbaar. Daarom moesten we een oplossing vinden om de verschillende onderdelen te testen en te integreren, om een vlotte uitvoering van de tests te garanderen zonder deze kostbare componenten te vernietigen. Vanwege de zogenaamde ‘onveilige’ (gevaarlijke) spanningen die ermee gemoeid zijn, moeten we bovendien en vooral voorkomen dat de teamleden die aan het te testen apparaat werken, letsel oplopen.

We hebben optimaal gebruik gemaakt van onze op systeemtechniek gebaseerde ontwerpmethodologie door de gestructureerde en gefaseerde ontwikkelingsbenadering toe te passen op de GaNext-omvormer.

Tijdens de ontwerp- en implementatiefase hebben we een Design Failure Mode and Effects Analysis uitgevoerd en een zodanige architectuur gecreëerd dat de belangrijkste functionele onderdelen afzonderlijk en onder specifieke laagspanningsomstandigheden konden worden getest.

Nadat het prototype PCBA was gebouwd, zijn we begonnen met de verschillende verificatiefasen, te beginnen met de eenheidsverificatietest van de afzonderlijke bouwstenen zoals gebruikt in de GaNext PV-omvormer. Onafhankelijk van enig ander onderdeel van het GaNext PV-omvormerprototype of een hoogspanningsvoorziening, werden deze bouwstenen tot leven gebracht – stap voor stap en functie voor functie.

De uitgangstrap van de omvormer klaar voor testen van unitverificatie

Tijdens deze eerste testfase voor unit-verificatie heeft een apart team een ​​veilige werkomgeving gecreëerd voor de onvermijdelijke situatie waarin we de omvormer zouden moeten voeden met de onveilige spanningen.

De volgende stap was de integratie van de verschillende bouwstenen en het initiëren van de integratietesten bij lage spanningen. Het was een enorme sensatie om de PV-omvormer tot leven te zien komen en de eerste sinusgolf gegenereerd te zien worden!

In een vervolgtestronde zijn de integratietesten binnen deze veilige werkomgeving op hogere spanningen uitgevoerd en de stapsgewijze aanpak wierp zijn vruchten af, resulterend in een succesvolle integratie zonder grote tegenslagen.

Door de stapsgewijze aanpak wisten we al binnen een korte tijdslijn een vermogensconversie van 1KW te realiseren, zonder dat er onveilige situaties ontstonden en zonder een kapot GaN-apparaat!

We zijn natuurlijk nog niet klaar. Voor dit prototype moet het overgedragen vermogen worden verhoogd tot 3 kW en moeten er veel tests en optimalisaties worden uitgevoerd om optimaal te profiteren van de GaN-technologie. De volgende stappen zijn het bepalen van de efficiëntie van het systeem. En – pas op voor de spoiler – de eerste resultaten zien er veelbelovend uit. Wordt vervolgd in onze volgende kwartaalopvolging.

Eerste sinusgolf getoond tijdens initiële integratie met lage in- en uitgangsspanningen

Informatie GaNext-project:

Galliumnitride “GaN” is een veelbelovend materiaal om silicium te vervangen in vermogenselektronicatoepassingen in de 650 V-marktsector. Energiesystemen op basis van GaN kunnen lichter, compacter, aanzienlijk efficiënter en mogelijk goedkoper zijn dan systemen op basis van silicium. Binnen het GaNext-project streven we ernaar om barrières voor GaN-adoptie weg te nemen en de hogere efficiëntie en vermogensdichtheid van op GaN gebaseerde systemen in een reeks toepassingen aan te tonen. Het hart van het project is de ontwikkeling van een intelligente GaN-voedingsmodule waarbij de controller, drivers en beveiligingscircuits samen met de voedingsapparaten zijn verpakt.

GaNext Consortium Partners:

Verenigd Koninkrijk
Cambridge GaN Devices Ltd., CSA Catapult, Lyra Electronics Ltd.

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

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

 

Wil je meer informatie over Neways: www.newayselectronics.com

Contact: info@newayselectronics.com