Technologievergleich und Nutzenbewertung zwischen Silizium- und Siliziumkarbidleistungshalbleitern durch versuchsgestützte Simulation am Beispiel hartschaltender DC/DC-Wandler für Luftfahrtanwendungen

Die kommerzielle Luftfahrt befindet sich in einem Trend zunehmender Elektrifizierung ihrer Flugzeuge, hin zu einem More Electric Aircraft. Im Bereich der Leistungselektronik können Halbleiter aus Siliziumkarbid dabei eine entscheidende Rolle bei der Realisierung hoher Leistungsdichten spielen. Diese Arbeit untersucht das Potential leistungselektronischer Schaltungen bezüglich Gewicht und Wirkungsgrad, das sich durch Verwendung von Siliziumkarbid im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumbauelementen ergibt. Gegenstand der Untersuchung ist dabei ein hartschaltender DC/DC-Wandler, der in einem More Electric Aircraft zur Kopplung einer Batterie an das Bordnetz dienen würde. Es werden unterschiedliche SiC-Halbleitertypen (MOSFET und JFET) mit aktuellen Si-Halbleitern (MOSFET und IGBT) verglichen. Für den Vergleich der Leistungsfähigkeit wird eine für jeden Halbleiter optimale, virtuelle Implementierung eines hartschaltenden DC/DC-Wandlers mit einer Ausgangsleistung von 3 kW herangezogen. Durch SiC lassen sich bez. Gewicht, Wirkungsgrad und Leistungsdichte deutliche Verbesserungen erzielen.