Aufbau und Vergleich von Leistungseinheiten für Weltraumroboterarme basierend auf Silizium- und Galliumnitridtechnologie

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Aufbau verschiedener Gleichspannungswandler in Flyback-Topologie basierend auf Silizium- oder Galliumnitridtechnologie. Beide Technologien werden hinsichtlich Komplexität, Wirkungsgrad und weiterer Systemeigenschaften miteinander verglichen. Inhaltlich wird zunächst ein technologischer Überblick über das Funktionsprinzip und die physikalischen Eigenschaften von GaN-Transistoren sowie den Aufbau und die Funktionsweise eines DC-DC-Wandlers in Flyback-Topologie gegeben. Des Weiteren wird der Aufbau des Wandlers sowie die Funktion der einzelnen Schaltungsblöcke detailliert erklärt. Hierbei wird außerdem auf die Auswahl der Siliziumund GaN-Transistoren eingegangen. Darüber hinaus liegt ein ergänzender Schwerpunkt auf der Regelung des Wandlers, die im Einzelnen nachvollzogen und in MATLAB implementiert wird. Anschließend erfolgt die Gegenüberstellung beider Technologien zunächst durch die Berechnung und Simulation der Verlustleistung in LTSpice. Zuletzt wird eine praktische Leistungsvermessung der Wandler für den messtechnischen Vergleich des Wirkungsgrades durchgeführt. Das Ziel der Arbeit ist es, durch den rechnerischen und praktischen Vergleich und eine anschließende Analyse und Evaluierung der Ergebnisse, Aufschluss über Vor- und Nachteile der GaN- gegenüber der Siliziumtechnologie zu erhalten, sowie die Sinnhaftigkeit der Verwendung von GaN-Transistoren in dem behandelten System zu bewerten.