Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie

Abstimmbare resonanzbasierte Topologien

Spannungsgesteuerte magnetische Komponenten, darunter Induktoren und Transformatoren, die durch ein externes Eingangssignal dynamisch eingestellt werden, bieten neue Möglichkeiten in der Leistungselektronik. Diese Komponenten bieten dem Schaltungsdesigner einen zusätzlichen Freiheitsgrad, der eine bessere multikriterielle Optimierung von Leistungsumwandlungssystemen ermöglicht.

Am Fraunhofer ISIT arbeiten wir mit führenden akademischen Partnern aus der Leistungselektronik und den Materialwissenschaften zusammen, um innovative Ansätze für die Durchstimmbarkeit von magnetischen Komponenten zu entwickeln. Unsere Arbeit konzentriert sich auf einen hohen Wirkungsgrad und umfasst die Erforschung neuer Wandlertopologien, fortschrittlicher Steuerungstechniken und Energiesystemdesigns, bei denen solche Bauelemente erhebliche Vorteile bieten.

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Mehrkanal-Resonanzwandler

Isolierte Mehrkanal-Wandler, die einen einzigen Mehrwicklungs-Transformator verwenden, gewinnen zunehmend an Aufmerksamkeit, da sie in der Lage sind, mehrere Energiequellen und Lasten miteinander zu verbinden (z. B. Batterien, das Netz, PV-Generatoren und Ladestationen). Im Vergleich zu konventionellen Systemen mit separaten, isolierten DC/DC-Wandlern reduzieren diese integrierten Lösungen die Anzahl der Leistungsumwandlungsstufen, was sowohl die Kompaktheit als auch die Effizienz erhöht.

Allerdings sind solche Systeme empfindlicher gegenüber Parameterabweichungen. Nicht aufeinander abgestimmte passive Komponenten können zu Problemen bei der Leistungsflusssteuerung führen. Um dieses Problem zu lösen, haben wir, wie in der erwähnten wissenschaftlichen Veröffentlichung beschrieben, die Verwendung spannungsgesteuerter Induktoren demonstriert. Diese abstimmbaren Induktoren ermöglichten eine vollständige Steuerung des Leistungsflusses in einem 4-Port-Wandler, der bei 400 V arbeitet, 15 kW überträgt und eine Resonanzfrequenz von 20 kHz hat.

Generell ermöglicht die dynamische Steuerung von magnetischen Komponenten eine präzise Leistungsabgabe und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen. Dazu gehören die Optimierung des Wirkungsgrads auf der Grundlage von Betriebspunkten, die Aufrechterhaltung stabiler Ausgangsspannungen, die Maximierung der Energiegewinnung und vieles mehr.

Auf dem Gebiet der abstimmbaren Magnete bieten wir ein einzigartiges Wertversprechen, das auf der Grundlage von:

  • Umfassendes Fachwissen: Von Stromversorgungsgeräten bis hin zu Anwendungen, einschließlich Stromrichtertopologien und Steuerungsstrategien, die eine Optimierung auf Systemebene und einen ganzheitlichen Designansatz gewährleisten
  • Fortgeschrittene Design- und Testmöglichkeiten: Umfassende Erfahrung mit magnetischen Geräten, von konventionellen bis hin zu planaren und abstimmbaren Magneten, unterstützt durch modernste Geräte und Methoden.
  • Zusammenarbeit mit der Materialwissenschaft: Enge Partnerschaften mit akademischen Experten in der Materialwissenschaft ermöglichen ein umfassendes Verständnis der physikalischen Phänomene und damit eine optimale Nutzung der Materialeigenschaften für abstimmbare magnetische Komponenten.

Entdecken Sie unsere wissenschaftlichen Veröffentlichungen:

Voltage controlled magnetic components for power electronics –technologies and applications: an overview, M. Liserre, Y. Pascal, et al., IEEE Power Electronics Magazine, 2023, doi: 10.1109/MPEL.2023.3273892 [ doi.org/10.1109/TPEL.2022.3232188 ].

Self-Tuning Multiport Resonant DC/DC Converter Based on Actively-Controlled Inductors for Hybrid Storage System Integration, T. Pereira, Y. Wei, Y. Pascal, H. A. Mantooth and M. Liserre, in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 38, no. 4, 2023, doi: 10.1109/TPEL.2022.3232188. [ doi.org/10.1109/TPEL.2022.3232188 ]