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8 Trend Guide Leistungselektronik 2025 www markttechnik de Vorteile von GaN in Motorsteuerungs-Anwendungen Hervorragende Alternative zu MOSFETs und IGBTs Im Vergleich zu klassischen Silizium-Lösungen bestechen GaN-Bauteile außer mit niedrigeren RDS on -Werten und einer geringeren Gesamt-Gateladung vor allem durch hohe Drain-Source-Spannung dem Wegfall der Sperrverzögerungsladung und sehr geringen intrinsischen Kapazitäten Für Entwickler bedeutet das höhere Leistungsdichten verringerte Systemabmessungen und -gewichte gepaart mit niedrigeren Kosten Von Dr Ester Spitale Albert Boscarato und eine geringere Gesamt-Gateladung QG als entsprechende Silizium-Bauelementen bringen es HEMTs High-Electron-Mobility Transistors auf GaN-Basis außerdem auf eine hohe Drain-Source-Spannung gepaart mit dem Wegfall der Sperrverzögerungsladung und sehr niedrigen intrin sischen Kapazitäten Leistungswandler sind die erste Anwendung in der die GaN-Technologie große Verbreitung gefunden hat GaN stellt hier die führende Lösung zum Verbessern des Wirkungsgrads dar und ermöglicht die Einhaltung striktester Energiespar-Verordnungen Ihre Eignung für höhere Schaltfrequenzen ermöglicht hohe Leistungsdichten was eine Verringerung der Systemabmessungen des Gewichts und der Kosten gestattet Entscheidend sind der Platzbedarf und die Energieeffizienz auch in elektronischen Motorsteuerungen Ein Minimieren der in den Ansteuerschaltungen entstehenden Leitungsund Schaltverluste ist entscheidend dafür die Energievergeudung zu verringern Es gestaltet sich immer schwieriger die Leistungsfähigkeit von Motortreibern auf Basis Vereinfachtes Blockschaltbild eines Leistungsinverters auf Basis von GaN-Transistoren Grafik STMicroelectronics klassischer Silizium-MOSFETs und -IGBTs weiter zu steigern weil die Silizium-Technologie hinsichtlich der Leistungsdichte der Durchbruchspannung und der Schaltfrequenz mittlerweile an ihre theo retischen Grenzen stößt Dank ihrer überragenden elektrischen Eigenschaften stellen GaN-Transistoren in Motorsteuerungs-Anwendungen mit hohen Spannungen eine geeignete Alternative zu MOSFETs und IGBTs dar Auftrieb für die nächste Generation von Motor-Invertern Wichtige Vorteile verspricht GaN sogar in Anwendungen mit eher niedrigen Schaltfrequenzen bis etwa 20 kHz Auf dem Gebiet der Hausgeräte sind motorbetriebene Systeme wie Wasch maschinen Kühlschränke Klimaanlagen und Staubsauger in hohem Maße auf die verwendeten Motor-In verter angewiesen was die Drehzahl das Drehmoment und die Effizienz betrifft Im Unterschied zu industriellen Servooder Präzisionsmotoren sind die Abmessungen dieser Motoren aufgrund mechanischer und funktionaler Vorgaben weitgehend festgelegt weshalb die traditionelle Vorgehensweise zur Verringerung der Systemabmessungen durch Verkleinerung des Motors selbst hier nicht in Frage kommt Verbesserungen müssen stattdessen im Inverter und in der zur Ansteuerung der Motoren dienenden Leistungselektronik angestrebt werden In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben dass der Vorteil von GaN gegenüber Silizium nicht auf einem einzigen herausragenden Parameter beruht sondern die Summe verschiedener mit einander verflochtener Aspekte ist Heute besteht die größte Herausforderung im Bereich der Leistungselektronik darin den wachsenden Forderungen nach mehr Effizienz und Leistung gerecht zu werden und gleichzeitig die Kosten und den Platzbedarf zu senken Dieser Entwicklung folgt die Einführung der Galliumnitrid-Technologie GaN einer relativ neuen Verbindung mit großer Bandlücke Wide Bandgap Sie wird immer besser kommerziell verfügbar und kommt deshalb mit stark steigender Tendenz zum Einsatz Vorteile von GaN in verschiedenen Anwendungen Gekennzeichnet durch eine bessere Figure of Merit FOM einen niedrigeren RDS on -Wert Fokus