Piezoelectric transformers in power electronic applications - modelling and usage

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Henry Güldner
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 2002 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5368417

Das Projekt befasst sich mit der Modellbildung, der Simulation und dem Entwurf von Piezoelektrischen Transformatoren (PTs) für den Einsatz in leistungselektronischen Systemen. Die gegenüber elektromagnetischen Transformatoren wesentlich höhere Leistungsdichte, die sehr guten EMV-Eigenschaften und die flexible, an die Anwendung anpassbare Bauform lassen in Zukunft ein breites Anwendungsfeld erwarten. Im Gegensatz zu piezoelektronischen Aktoren und Sensoren muss beim Entwurf von PTs das Verhalten der Last sehr genau berücksichtigt werden, wie auch die für ein bestimmtes Betriebsregime immer notwendige Regelung (Rückführung von Lastgrößen) in den mechanischen Resonanzbereich (wellenmechanische Energieübertragung!). Soll dies wissenschaftlich begründet erfolgen, sind Spezialkenntnisse aus Materialforschung und Festkörperforschung unbedingte Voraussetzung. Da derartige Ergebnisse für PTs nur in den ersten Ansätzen vorliegen, sind die Ziele der Forschung: 1. Analyse, Modellierung, Simulation von PTs unter Randbedingungen für die zugrunde liegenden möglichen Anwendungen in Systemen der Leistungselektronik (Analyseaufgabe), 2. Erarbeitung von allgemein gültigen Entwurfsalgorithmen (Entwurfsaufgabe), 3. Verifizierung und Validierung der im Punkt 2 erzielten Ergebnissen an den folgenden zwei vielversprechenden Anwendungen: - Signal- und Energieübertragung für in Serie geschaltete Hochleistungs-IGBTs mit Ansteuerenergiegewinnung aus dem Hauptkreis und - Lastankopplung und -gestaltung in elektronischen Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen sowie in DC-DC-Konverten für die Stromversorgung unter Beachtung unterschiedlicher Topographien.

• DFG Programme: Research Grants