Cluster Leistungselektronik: Electronic Circuit Breaker based on SiC Technology for DC Networks (SiC-DCBreaker) – Teilvorhaben E

Gleichstromnetze im Spannungsbereich von einigen hundert Volt gewinnen zunehmend an Bedeutung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. In der Elektromobilität liegt die Span¬nung des Hochvolt-Bordnetzes heute bei typischerweise 400-500 V, wobei aktuell der Trend zu einem Hochvolt-Bordnetz von 800 V geht, getrieben durch den Wunsch nach höheren Antriebs¬leistungen sowie höheren Ladeleistungen und damit kürzeren Ladezeiten. Weitere Anwendungen liegen in DC-Netzen für Gebäude mit PV-Anlagen und bei Rechenzentren (Data Center). Gene¬rell bieten die DC-Netze Vorteile in der Gesamteffizienz, da unnötige elektrische Wandlungs¬schritte entfallen können. Andererseits gibt es Herausforderungen an die Schutztechnik für das sichere (lichtbo-genfreie) Trennen in Gleichstromnetzen. Kritisch ist auch die betriebssichere Beherrschung von schnell ansteigenden Kurzschlussströmen, wie sie bei Komponenten mit sehr geringer Impedanz entstehen, z.B. bei Batteriespeichern. Festkörperbasierte Lösungen (Halbleiter) bieten zahlreiche Vorteile gegenüber mechanischen Lösungen, neben dem wesentlich geringeren Platzbedarf kann eine Reihe von Funktionalitäten bzw. Intelligenz in das System implementiert werden welche die Beherrschung der Abschaltvorgänge deutlich erleichtert. Allerdings weisen Halbleiter für hohe Spannungen meist deutlich höhere Verluste im Normalbetrieb auf als mechanische Einheiten. Dieses Zieldilemma ist im Umfeld der aktuellen technischen Entwicklungen am ehesten mit dem Einsatz von wide band gap Materialien zu lösen. Im SiC-DCBreaker Projekt soll eine elektronische Lösung für einen festkörperbasierten Gleichstrom-Trennschalter entwickelt werden, wobei der potenziell niedrige Durchlasswiderstand von unipolaren SiC-Leistungshalbleiterschaltern bei dieser Anwendung ausgenutzt werden soll. Um den Erfolg des Projektes sicherzustellen sollen parallel zwei technologische Ansätze verfolgt werden. Zum einen sollen vertikale SiC-MOSFETs speziell für den Einsatz als DC-Trennschalte