POLO - Vollständige galvanische Trennung in PCB durch optische Leistungsübertragung über gedruckte polymere Lichtwellenleiter

Die Nutzung regenerativer Energien und der Einsatz von Elektrofahrzeugen erfordert eine Wandlung von Gleichstrom in Wechselstrom mit Hilfe von Invertern (Wechselrichtern). An die darin enthaltene Leistungselektronik werden zunehmend höhere Anforderungen bezüglich Leistungsfähigkeit und Effizienz gestellt. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, ist eine intelligente, schnelle Regelung der Halbleiter auf der Basis von Echtzeit-Sensordaten notwendig. Dabei müssen die eingesetzten Sensoren unabhängig von der Leistungselektronik mit der notwendigen Energie versorgt werden. Für einen sicheren und störungsfreien Betrieb ist eine galvanische Trennung (Potentialtrennung) zwischen der Halbleiter-Leistungselektronik und der Steuerungselektronik sowohl für die Daten- als auch für die Energieübertragung notwendig. Für die Energieübertragung werden aktuell Transformatoren oder optische Systeme eingesetzt und weisen erhebliche Nachteile auf. Für die galvanische Trennung der Datenübertragung stehen optoelektronische Bauelemente zur Verfügung. Derzeit eingesetzte Lösungen bedingen in der Produktion eine aufwändige Aufbau- und Verbindungstechnik und verursachen somit hohe Kosten.

Zentrale Motivation für das Vorhaben „POLO“ ist, die bisherigen technischen und wirtschaftlichen Nachteile von Potenzialtrennungen in Invertern zu überwinden und eine universelle, flexible und wirtschaftlich zu fertigende Lösung präsentieren zu können. Lösungsansatz des Vorhabens ist die Entwicklung und prototypenhafte Realisierung einer vollständigen galvanischen Trennung für die Daten- und Energieübertragung mit Hilfe gedruckter polymerer optischer Wellenleiter auf der Ebene der Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB). Auf der Basis industrieller Fertigungsprozesse sollen die Wellenleiter in Leiterplatten integrierbar sein und mit verfügbaren, kostengünstigen Sende- und Empfangsbauteilen verbunden werden. Im Projekt arbeiten mehrere Partner zusammen, die bereits umfangreiche Kompetenzen bei den einzelnen Bestandteilen der angestrebten Systemlösung besitzen.