Untersuchungen an weich schaltenden DC/DC Konvertern zur Versorgung von Hochleistungs-Diodenlasern

Durch die Steigerung der Dynamik von Laser-Materialbearbeitungsprozessen mittels Diodenlasern wächst der Bedarf an hochdynamischen Stromquellen, mit denen die Emitter betrieben werden können. Dabei nehmen mannigfaltige Randbedingungen Einfluss auf den grundlegenden Systemaufbau der stromgeregelten leistungselektronischen Systeme.
Es wird das industrielle Einsatzgebiet der Stromquellen beschrieben. Verschiedene gebräuchliche Konvertertopologien des gegenwärtigen Standes der Technik werden hinsichtlich der Eignung für den Einsatz in diesem Umfeld untersucht. Mit Hilfe von Simulationen werden die verschiedenen Stromrichterkonzepte verglichen sowie deren Vor- und Nachteile analysiert.
Die gewonnenen Resultate werden verwendet, um Optimierungsmöglichkeiten zu finden, mit denen den mit dem Einsatzzweck gegebenen Randbedingungen Rechnung getragen werden kann.
Es werden moderne SiC MOSFETs hinsichtlich der Eignung für den Einsatz in weich schaltenden DC/DC Konvertern untersucht. Anhand von experimentellen Untersuchungen wird erläutert, inwiefern durch den Einsatz dieser Bauteile eine Verbesserung der Werte kritischer Parameter wie der Effizienz und des Gewichts bei gleichzeitig hoher Dynamik des Ausgangsstroms erzielt werden kann. Zudem wird ein experimenteller Vergleich der Schaltverluste von SiC MOSFETs und herkömmlichen Si-Bauelementen angestellt.
Eine neuartige Konvertertopologie wird vorgestellt, die Eigenschaften des Vollbrückengegentaktwandlers und des Halbbrückengegentaktwandlers miteinander vereint. Es wird gezeigt, dass diese Schaltung vorteilhaft in hocheffizienten Diodenlaseranwendungen eingesetzt werden kann. Eine experimentelle Verifikation der Topologie und ein Vergleich mit anderen Konzepten wird durchgeführt.