Hardwareentwicklung

Neben projektbezogenen Labor- und Demonstratoraufbauten werden am Fachgebiet Hilfsschaltungen und Hardwarekomponenten entwickelt, die bei der täglichen Arbeit unterstützen. Darüberhinaus bietet das Fachgebiet Leistungselektronik entsprechende Dienstleistungen zur Entwicklung entsprechender Hardware an. Nachfolgend ein kleiner Auszug aus bisher entstandenen Schaltungen:

Mit Blick auf schnellschaltende SiC- und GaN-Bauteile wurde am Fachgebiet Leistungselektronik eine neue Generation Signalgeneratoren entwickelt. Mit einer zeitlichen Auflösung von unter 10 Nanosekunden können hiermit beliebige Pulsformen ausgegeben werden. Insgesamt 8 Ausgangskanäle können dabei auch in der Spannungshöhe zwischen 3.3V und 15V eingestellt werden.

Über eine USB- oder Netzwerkverbindung kann das Gerät gut in den vorhandenen eigenen Messpark integriert werden. Da die Logik auf einem Intel Cyclone 10 FPGA implementiert ist, können auch individuelle Steuerungen (z.B. für einen B6-Wechselrichteraufbau) implementiert werden. Vier der 8 Kanäle können zudem als Analogeingänge umkonfiguriert werden. Netzwerkfunktionen und USB-Kommunikation übernimmt ein Cortex-M0+ Controller, der bei Bedarf um weitere High-Level-Funktionen erweitert werden kann. Somit steht ein schweizer Taschenmesser für das Labor zur Verfügung.

Zur Untersuchung schneller wide-bandgap-Halbleiter auf Basis von Gallium-Nitrid wurde 2014 ein FPGA-Board auf Basis eines Altera (nun Intel) Cyclone III entwickelt. Neben einem einphasigen PV-Wechselrichter mit 150kHz Stromregelung wurde das Board zur Ansteuerung eines 12-phasigen BLDC-Motors eingesetzt. Als Regelungsstrategie kam hier ein Sliding-Mode-Regler zum Einsatz. Des Weiteren wird das Board zur Erzeugung zeitlich hochaufgelöster Doppelpulssignale mit einer zeitlichen Auflösung von 5ns-Schritten verwendet.

Zur Adaptierung unterschiedlicher Spannungen wurde ein universeller Spannungstastkopf entwickelt, der neben einer quasi-galvanischen Trennung unterschiedliche Ausgangsspannungen erlaubt.

Zwar bieten kommerzielle Datenlogger (z.B. Agilent 34970A) große Vorteile in Bezug auf Umfang und Reproduzierbarkeit, jedoch gibt es Einsatzzwecke, bei denen eine spezifische Hardware benötigt wird. Zahlreiche Geräte zur einfachen Temperaturerfassung wurden auf Basis via USB angeschlossener Mikrocontroller entwickelt, die Temperaturen und andere Signale erfassen und an einen angeschlossenen Messrechner weiterleiten.

Für kurzfristige Tests einer Schaltung unter besonderen Messbedingungen wurden universelle Gatetreiber teils mit Sonderfunktionen entwickelt. Die klassische Variante kann dabei mit einer variablen Gatespannung die Halbleiter unter verschiedenen Bedingungen testen. In einer angepassten Variante werden die Gatetreiber automatisiert umgeschaltet und über unsere Messsoftware ComCell automatisch Halbleiterverluste unter verschiedenen Bedingungen aufgezeichnet.