Stromrichterstrukturen zur Steigerung der Verfügbarkeit durch Fehlertoleranz

Der wachsende Anteil von Leistungselektronik in der Energieversorgung und Antriebstechnik rückt die Zuverlässigkeit dieser Systeme immer stärker in den Fokus, weil das Risiko für Unfälle von Personen und finanzielle Einbußen ansteigt.

Die vorliegende Dissertation befasst sich in diesem Kontext mit Möglichkeiten zur Erreichung von Zuverlässigkeitsanforderungen durch fehlertolerante Stromrichterstrukturen. Dazu wird zunächst das Ausfallverhalten von Leistungshalbleiterschaltern untersucht und passende Schaltungsstrukturen zur Fehlerisolation oder Rekonfiguration der Schaltung aufgezeigt.

Als innovative Gleichspannungswandler werden mehrphasige Multilevelwandler für ein 48 V Fahrzeugbordnetz sowie Multilevelwandler mit Levelreduktion auf Basis des Flying Capacitor Multilevel DC-DC-Wandlers analysiert. Deren vorteilhaftes Verhalten im Normalbetrieb sowie die erfolgreiche Rekonfiguration im Fehlerfall werden anhand von Prototypen verifiziert.

Im Bereich der Wechselspannungswandler wird eine neuartige, aufwandsreduzierte Schaltung präsentiert. Neben der Auslegung von Sicherungen zur Abtrennung fehlerhafter Phasen werden die Potentiale von fehlertoleranten DC-AC-Multilevelschaltungen erörtert. Überdies werden die Auswirkungen von Wechselrichterfehlern auf das Verhalten von elektrischen Maschinen abhängig von deren Typ erläutert.

Die vorgestellten Schaltungen weisen verbesserte Betriebseigenschaften gegenüber bekannten Lösungen auf und leisten einen Beitrag zur Steigerung der Verfügbarkeit von Stromrichtern.