Leistungselektronik

Maintaining compliance to electromagnetic compatibility (EMC) standards becomes an increasing challenge for the automotive industry in the course of the ongoing automation of vehicles. Novel extended design procedures and test standards are required to ensure safety of automated driving functions, particularly in an adverse electromagnetic (EM) environment. In order to keep the number of tests within a reasonable and practical limit, an evaluation framework based on virtual design methods and information drawn from legacy experiments and simulations can support the automotive industry. With this digital framework appropriate technological solutions can be identified during the pre-compliance phase and efficient experimental designs can be generated to ensure EMC compliance. Furthermore, such a framework paves the way for digital EMC twins of automated vehicles (AVs) considering the complex interrelations of AV’s (sub-)systems to accurately predict the behaviour of new AV functions in various EM environments. To this purpose, a cross-domain platform is being developed in this work as the backbone of such a virtual framework. It supports the handling, storage and processing of various datasets from EMC test campaigns, including (intentional) electromagnetic interference ((I)EMI) tests, as well as simulations of automotive devices-under-test (DUTs). The platform allows for the establishment of interconnections between various data sources and deeper analyses based on artificial intelligence (AI) methods to deduce EMC information for new developments, whilst maintaining traceability.

Hohe Anforderungen an die elektronischen Komponenten von Systemen der medizinischen Bildgebung können im Rahmen derer Energieversorgung nur durch den Einsatz von moderner Leistungselektronik erfüllt werden. Mit der Verwendung von Wide-Bandgap-Leistungshalbleitern, z. B. in Stromrichtern von Röntgensystemen, gehen damit schnellere Schaltvorgänge sowie hohe Schaltfrequenzen einher. Dies macht eine Untersuchung der Auswirkungen auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erforderlich. Das betrifft sowohl die Einhaltung von normativen EMV-Grenzwerten als auch die Wechselwirkung der parasitären Eigenschaften von Komponenten innerhalb eines Systems. Im Forschungsprojekt DiMoLEK werden messtechnische Untersuchungen durchgeführt und es wird ein Ansatz zur Modellierung der parasitären Eigenschaften von passiven Komponenten entwickelt. Die Simulation von Stromrichtern mit anschließender Analyse der Wechselwirkungen parasitärer Eigenschaften ermöglicht die Optimierung der (elektromagnetischen) Resilienz. Dies kann beispielsweise durch eine Anpassung des Designs der Komponenten und der Modulationsverfahren erreicht werden.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Aufgabe, einen Hochspannungsschalter zu entwickeln. Zu den Herausforderungen der Aufgabenstellung gehörten das wiederholte, schnelle Schalten einer unterschiedlich hohen Spannung mit der Möglichkeit eines kontrollierten bidirektionalen Stromflusses. Der realisierte Schalter erweitert den Stand der Technik dahingehend, dass er einen Leistungshalbleiter im linearen Bereich ansteuert, um die Spannungssymmetrie in einer Reihenschaltung zu ermöglichen. Das Gesamtsystem aus Schalter und Ansteuerung kann hinsichtlich der Spannungsfestigkeit zu jedem Zeitpunkt skalierbar werden. Die Treiberschaltungen beziehen ihre Energie aus dem Lastkreis parasitär und besitzen eine Stromaufnahme von weniger als 1mA im statischen Zustand. Für die Ansteuerung wird eine analoge Schaltung verwendet, die durch den Einsatz von diskreten Standardkomponenten eine hohe Verfügbarkeit der Bauteile sicherstellt.