Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleiner, leichter und effizienter mit Galliumnitrid-Bauelementen

07.11.2012
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben neuartige Galliumnitrid-Transistoren erfolgreich in leistungselektronischen Schaltungen eingesetzt. Damit könnten z. B. Ladegeräte für die Elektromobilität kleiner, Bordnetzgeräte für Flugzeuge leichter und Stromversorgungen für Serverräume effizienter werden.

Galliumnitrid (GaN) ist schon länger im Fokus der Halbleiterforschung und mittlerweile sind erste Prototypen von Bauelementen verfügbar. »Transistoren aus Galliumnitrid erlauben deutlich höhere Schaltfrequenzen und höhere Wirkungsgrade als gewöhnliche Transistoren aus Silizium.


Am Fraunhofer ISE entwickelter 1-MHz-LLC-Resonanzwandler mit 600-V-Galliumnitrid-Leistungstransistoren und einer Leistung von 1 kW. ©Fraunhofer ISE


Gemessener Wirkungsgrad des 1-MHz-LLC-Resonanzwandlers für verschiedene Leistungen und Ausgangsspannungen bei einer Eingangsspannung von 380 Volt. ©Fraunhofer ISE

Im Gegensatz zu den ebenfalls neuen Transistoren aus Siliziumkarbid liegt hier der Anwendungsschwerpunkt aber bei kleineren Spannungen. Insbesondere mit resonant arbeitenden Schaltungen lassen sich die Vorzüge von Galliumnitrid voll ausschöpfen«, sagt Professor Bruno Burger, Abteilungsleiter »Leistungselektronik« am Fraunhofer ISE.

Obwohl noch erheblicher Forschungsbedarf besteht, sind die im Rahmen einer internen Studie erzielten Ergebnisse beachtlich: Ein Gleichspannungswandler mit einem Kilowatt Leistung erreichte bei einem Megahertz Schaltfrequenz

94 Prozent Wirkungsgrad. »Der 600 Volt GaN-Transistor hätte noch eine weit höhere Schaltfrequenz, bzw. einen höheren Wirkungsgrad erlaubt, begrenzend war der Hochfrequenz-Transformator«, sagt Arne Hendrik Wienhausen, der die Experimente durchführte.

In der Leistungselektronik werden im Spannungsbereich bis 600 V bisher nur Silizium-Transistoren verwendet. Ihre Schalt- und Durchlassverluste sind deutlich höher als diejenigen von Galliumnitrid-Transistoren, weshalb sie eine relativ hohe Verlustleistung verursachen. Die entstehende Wärme muss aufwendig abgeführt werden. Die vorteilhaften Eigenschaften von Galliumnitrid sind nicht nur wegen des höheren Wirkungsgrads interessant, sondern erlauben um ein Vielfaches höhere Schaltfrequenzen. Damit können passive Bauelemente wie Drosselspulen, Transformatoren und Kondensatoren erheblich kleiner dimensioniert werden, die Geräte werden kompakter und leichter, teure Rohstoffe werden eingespart.

Die Forscher des Fraunhofer ISE rechnen damit, dass Galliumnitrid-Transistoren die Leistungselektronik nachhaltig verändern werden. Überall dort, wo geringes Gewicht oder kompakte Bauweise zwingend nötig sind, können hochfrequente Schaltungen mit Galliumnitrid-Transistoren ihre Vorteile ausspielen. Man kann davon ausgehen, dass die demonstrierte Schaltfrequenz von einem Megahertz erst den Anfang darstellt und auch unter Berücksichtigung eines hohen Wirkungsgrads noch weiter gesteigert werden kann.

Das erst in den letzten Jahren entwickelte Halbleitermaterial Galliumnitrid wird bereits vielfach für optische Bauelemente wie blaue und weiße Leuchtdioden eingesetzt, aber bisher noch kaum in der Leistungselektronik. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist führend auf dem Gebiet der hocheffizienten Leistungselektronik für regenerative Energiesysteme und der Anwendung neuester Bauelemente aus Galliumnitrid und Siliziumkarbid.

Die in der Schaltung eingesetzten Galliumnitrid-Transistoren wurden von der Firma Panasonic entwickelt. Panasonic ist eines der führenden Unternehmen bei der Entwicklung von Halbleiterbauelementen aus Galliumnitrid.

Informationsmaterial:

Fraunhofer ISE, Presse und Public Relations
Telefon +49 761 4588-5150
Fax +49 761 4588-9342
info@ise.fraunhofer.de
Ansprechpartner für weitere Informationen:
Projektleiter
Dirk Kranzer, Fraunhofer ISE
Telefon +49 761 4588-5546
Fax +49 761 4588-9546
dirk.kranzer@ise.fraunhofer.de

Karin Schneider | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ise.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Geräteschutzschalter erfüllt NEC Class 2
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Elektronikgehäuse für Anzeigeeinheiten
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften