Intelligente Mikroelektronik für energieeffiziente Elektromotoren und LEDs

Dresden, Germany, Januar 10, 2014.

Partner des „Cool Silicon”- Projekts „Cool Drivers“: stellen spezielle Ansteuerschaltungen zur Effizienzsteigerung vor

Elektromotoren und elektromotorisch betriebene Systeme gehören zu den größten Stromfressern in der Industrie. Eingesetzt zum Beispiel in Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren, Kränen und Generatoren sind sie für etwa 68 Prozent des industriellen Stromverbrauchs in Deutschland verantwortlich. Den Partnern des Projekts „Cool Drivers“ ist es nun gelungen, die Energieeffizienz von Elektromotoren mithilfe einer intelligenten Ansteuerschaltung deutlich zu verbessern. Mit der im Rahmen des sächsischen Spitzenclusters „Cool Silicon“ entwickelten Technologie sinkt nicht nur der Energiebedarf von Elektromotoren. Eingesetzt in Leuchtdioden verbessert sie auch deren Energieeffizienz und ermöglicht eine höhere Lichtausbeute bei geringerem Strombedarf. Nun liegen die Ergebnisse des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts vor.

Unter der Federführung der Dresdner Tochter des Erfurter Halbleiterunternehmens X-FAB Semiconductor Foundries hatten sich die Projektpartner Productivity Engineering GmbH, DMOS GmbH, MAZ Brandenburg und der Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie der Technischen Universität Dresden im Juni 2011 im Projekt „Cool Drivers“ zusammengeschlossen, um gemeinsam in drei Teilprojekten integrierte Motorsteuerungen, integrierte LED-Ansteuerungen sowie die dafür erforderlichen Halbleiter-Bauelemente und Fertigungsprozesse zu entwickeln.

Intelligenter Motortreiber für smarte Motoren
Der im Rahmen des Teilprojekts „Intelligenter Motortreiber“ von der MAZ Brandenburg GmbH, der DMOS GmbH sowie der Technischen Universität Dresden entwickelte Motorkontroller ermöglicht es, energieeffiziente, elektronisch kommutierte Elektromotoren direkt an eine Spannung von 230 Volt anzuschließen und über Ethernet anzusteuern. Damit können elektronisch geregelte und vernetzte „smarte Motoren“ zum Einsatz kommen, die bis zu 30 Prozent weniger Energie verbrauchen. In einem ca. 9 x 9 mm kleinen Chipgehäuse lassen sich erstmals ein Dual-Core-Mikroprozessor, ein Schaltnetzteil, eine Leistungsfaktorkorrektur, ein Ethernet-Treiber sowie ein 700-Volt-Halbbrückentreiber integrieren. Dies ermöglicht sehr miniaturisierte und preissensitive Massenapplikationen von  energieeffizienten Elektromotoren.

Intelligente Ansteuerung für Leuchtdioden (LED)
Die vom Projektpartner Productivity Engineering GmbH entwickelte Technologie gehört zu den weltweit kleinsten und effektivsten Ansteuerschaltungen für LEDs. Damit kann nicht nur die Beleuchtung automatisiert, sondern auch die Blindleistung, die von neuartigen LEDs in erheblichem Maße verursacht wird, kompensiert werden. Bei kommerziellen 6-Watt-LED-Lampen liegt die Blindleistung bei 9 Watt - es wird also wesentlich mehr Energie eingesetzt, als letztlich genutzt werden kann. Mit der PE-Technologie liegt die Blindleistung bei nur 0,6 Watt, die Energie wird zu einem großen Teil also auch in Leuchtleistung übertragen. „Das Problem ist, dass die so ‚verlorene’ Leistung von Haushaltszählern derzeit nicht erfasst wird, jedoch genauso schädliche CO2-Emissionen verursacht. Allein durch eine intelligente Ansteuerung lassen sich bei Leuchtdioden zusätzlich ca. 50 Prozent Energie einsparen. Im Sinne einer nachhaltigen Klimapolitik ist es daher wünschenswert, künftig alle LED-Lampen mit der intelligenten Lösung auszurüsten“, sagt Stefan Schubert, Entwicklungsleiter bei der PE GmbH.

Ultrahochvolt-Technologie

X-FAB Dresden hat eine kosteneffiziente Ultrahochvolt-Technologie entwickelt und maßgeschneiderte Bauelemente für energieeffiziente Anwendungen als Motor- und LED-Treiber integriert bzw. für den Entwurf von elektronischen Schaltungen zur Verfügung gestellt. Umfangreiche Tests haben sowohl die Spannungsfestigkeit als auch die Zuverlässigkeit der Technologie bis 700 Volt bestätigt, so dass X-FAB die von den Projektpartnern entwickelten Mikrochips erfolgreich produzieren kann.
“Cool Drivers ist ein echter Erfolg. Das betrifft nicht nur die sehr gute Zusammenarbeit aller Projektpartner, sondern vor allem die technischen Ergebnisse. In einigen Punkten konnten wir Spitzen-Niveau demonstrieren, zum Beispiel mit einem der kleinsten und effektivsten LED-Ansteuerschaltkreise der Welt. Ebenso ist der intelligente Motorkontroller hinsichtlich seiner integrierten Komponenten ein Novum“, sagte Projektkoordinator Roberto Gärtner, Director Process Characterization bei der X-FAB-Gruppe. „Im Ergebnis haben wir eine Technologie, deren Potential über Steuerungen für LED-Leuchten und Motoren weit hinausgeht. So sehen wir auch Interesse am Markt für Schaltnetzteile von Ladegeräten, wie wir sie zum Beispiel von Mobiltelefonen kennen."