Visteon, SHINRY und Infineon entwickeln einstufigen GaN-OBC

Die Visteon Corporation und SHINRY Technologies haben sich über ihr Joint Venture Visteon-Shinry Power Electronics (VSPE) mit Infineon Technologies zusammengetan, um ein hochentwickeltes, einstufiges Onboard-Ladegerät (OBC) für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Die neue Lösung, die auf der Fachmesse electronica 2026 in München vorgestellt wurde, vereint die proprietäre Hardware-Topologie und die Steuerungsalgorithmen der VSPE-Wandler mit den monolithischen bidirektionalen Galliumnitrid (GaN)-Schaltern (BDS) von Infineon. Die Zusammenarbeit zielt darauf ab, die Leistungsdichte, Systemeffizienz und Fahrzeugzuverlässigkeit deutlich zu erhöhen und gleichzeitig die Fertigungskomplexität sowie die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Lade-Architekturen zu senken.

Verzicht auf Zwischenkreiskondensatoren für kompaktes V2X-Laden
Herkömmliche OBCs erfordern in der Regel einen zweistufigen Leistungswandlungsprozess, der stark von großen, fehleranfälligen Zwischenkreiskondensatoren (Bulk-Kondensatoren) abhängt. Die innovative einstufige Architektur von VSPE eliminiert diese Komponenten vollständig und ebnet den Weg für eine deutlich kompaktere Bauweise und eine höhere Langzeitzuverlässigkeit. Das resultierende OBC unterstützt robuste dreiphasige AC-Ladeprofile mit 22 kW sowie einphasige Profile mit 19,2 kW. Darüber hinaus bietet das System vollständige bidirektionale Vehicle-to-Everything (V2X)-Fähigkeiten, die eine Netzinteraktion und ein vielseitiges Energiemanagement für den Endverbraucher ermöglichen.

Laut Infineon ist die Integration ihrer preisgekrönten GaN-BDS-Technologie entscheidend für die Realisierung dieser Architektur. Die monolithischen Bausteine vereinen bidirektionale Spannungsblockierung und Stromleitung in einer einzigen Halbleiterkomponente. Dies vereinfacht die Leistungsstufe drastisch und nutzt gleichzeitig die Hochfrequenz-Schaltfähigkeiten von GaN, um die Größe der internen magnetischen Komponenten erheblich zu schrumpfen.

Zusätzlicher Kontext: Einstufige AC/DC-Wandlung und bidirektionale GaN-Schalter
Dieser Abschnitt beschreibt die physikalischen Prinzipien von einstufigen Matrix-Topologien und der GaN-Halbleiterphysik, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten sind.

In herkömmlichen Onboard-Ladegeräten (OBCs) von Elektrofahrzeugen erfolgt die Leistungswandlung in einem zweistufigen Prozess. Zunächst wandelt eine AC-DC-Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC) den Wechselstrom des Netzes in einen Hochspannungs-Gleichstrom um. Anschließend reguliert ein isolierter DC-DC-Wandler diese Spannung, um sie genau an den Ladezustand der EV-Batterie anzupassen. Zwischen diesen beiden Stufen befindet sich der „DC-Link“ (Zwischenkreis) – eine massive Bank aus Elektrolytkondensatoren, die zur Glättung der 100/120-Hz-Leistungswelligkeit dienen. Diese Kondensatoren sind schwer, beanspruchen viel physisches Volumen und sind äußerst empfindlich gegenüber thermischer Belastung, was sie über die Lebensdauer eines Fahrzeugs oft zur primären Ausfallursache in der automobilen Leistungselektronik macht.

Eine einstufige Matrix-Wandler-Topologie umgeht dies vollständig und wandelt den Netz-Wechselstrom in einem hochgradig kontrollierten Schritt direkt in Batterie-Gleichstrom um, wodurch die Zwischenkreiskondensatoren dauerhaft entfallen. Das direkte Schalten von Wechselstrom erfordert jedoch Bauteile, die in der Lage sind, in beide Richtungen Spannung zu blockieren und Strom zu leiten. Historisch gesehen mussten Ingenieure zwei herkömmliche Silizium-IGBTs oder MOSFETs Rücken an Rücken in Reihe schalten, um einen bidirektionalen Schalter zu schaffen, was die Anzahl der Komponenten verdoppelte und die Leitungs- (Wärme-)Verluste stark erhöhte.

Der monolithische bidirektionale Galliumnitrid (GaN)-Schalter (BDS) von Infineon löst diesen Engpass auf fundamentaler Halbleiterebene. Da GaN als lateraler High Electron Mobility Transistor (HEMT) arbeitet – bei dem der Strom über die Oberfläche des Chips und nicht vertikal durch ihn hindurchfließt –, können Ingenieure einen echten bidirektionalen Schalter mit zwei Gate-Steuerungen auf einem einzigen Siliziumsubstrat herstellen. Dies halbiert den benötigten Halbleiter-Fußabdruck, senkt die Leitungsverluste drastisch und ermöglicht das extrem hochfrequente Schalten, das zur Miniaturisierung der schweren Kupfer- und Magnetinduktoren des Systems erforderlich ist.

Bearbeitet von dem Industrieredakteur Lekshman Ramdas mit KI-Unterstützung.

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