Zur Reduktion der hohen Durchfallquote beim Funktionstest wurde die Optimierung der Schaltnetzteilbaugruppe in Auftrag gegeben. Eine erste Laborinbetriebnahme zeigte eine deutliche Abweichung im Eingangsspannungs- und Ausgangsleistungsbereich der verglichenen Netzteile. Die Toleranzbetrachtung des Netzteils per Simulation wies auf eine fehlerhafte Umsetzung der Schutzmaßnahmen in der Mikrocontrollersoftware des Schaltnetzteils hin. Die Software wurde entsprechend modifiziert und eine verbesserte sowie wiederholgenaue Messschaltung in Hardware entwickelt. Das robuste Design führt zu einer dauerhaften Erhöhung der Produktionsausbeute.
Seit einigen Jahren erhält der Kunde vermehrt Reklamationen von einem einzelnen Großabnehmer aufgrund von Defekten und Fehlermeldungen an den Stromquellen. Für die Untersuchung der Feldrückläufer kam es zu einer Beauftragung durch den Kunden. Die Laboranalysen zeigten Schäden an den IGBT-Leistungsmodulen, verursacht durch transiente Überspannungen beim Betrieb im Generatorinselnetz. Innerhalb eines Monats wurden mehrere effektive Lösungsvorschläge sowohl an der Stromquelle als auch am Generator entwickelt. Nach Umsetzung der Modifikationen plant der Großkunde die Freigabe einer neuen Bestellung von 2000 Stromquellen.
Die beanstandete Shunt-Ausgangsstrommessung zeigt bei kleinen Strömen eine deutliche Störungsüberlagerung in der Messgröße. Die Störung ist unter anderem auch akustisch im hörbaren Frequenzbereich wahrnehmbar, was von zahlreichen Anwendern bemängelt wurde und bereits zu einem Imageverlust der Stromquelle führte. Mittels LTspice-Simulation konnte die Problematik der ursprünglich gewählten Messschaltung nachvollzogen und transparent dargestellt werden. Daraufhin wurde eine differenzielle Operationsverstärkerschaltung analytisch mit wxMaxima ausgelegt, die unempfindlich hinsichtlich der auftretenden Gleichtaktstörungen ist. Durch geringfügige Layoutanpassungen ließ sich kurzfristig eine kostengünstige und robuste Lösung realisieren.
Das fortgeschrittene und zeitkritische Kundenprojekt befindet sich bereits in der C-Musterphase und weist mehrere Designfehler auf. Die geforderte Isolationsspannung von 5,25 kV für die Transformatoren wird nicht erreicht. Ein neues Wickelschema wird unter Berücksichtigung der erforderlichen Kopplungen erarbeitet. Zudem erfolgt eine Überarbeitung des Leiterplattenlayouts in Bezug auf Luft- und Kriechstrecken, EMV-Anforderungen und bestehende Designfehler. Probleme im LLC-Schaltregler werden durch eine analoge Zusatzbeschaltung behoben. Dank der zielgerichteten technischen Unterstützung konnte der enge Zeitplan dennoch eingehalten werden.
Der Schaltregler des bestehenden Sperrwandlerdesigns ist ersatzlos abgekündigt und eine pinkompatible Alternative ist am Markt nicht verfügbar. Infolgedessen wird ein neues, kostenoptimiertes und effizienteres Design mit einem aktuellen Schaltregler entwickelt. Der zuvor verwendete teure anwendungsspezifische Übertrager wird durch ein Massenprodukt ersetzt. Das überarbeitete Netzteil wurde in das bestehende Layout des LLC-Leistungsbausatzes integriert. Die anschließende Qualifizierung sowie die Industrialisierung bei einem externen osteuropäischen EMS-Dienstleister erfolgten ebenso im Rahmen der Beauftragung. Der Kunde profitiert hierbei von einer ganzheitlichen Lösung aus einer Hand.
Die Qualifizierung und das Redesign eines Mixed-Signal-Mainboards mit etwa DIN-A4-Größe wurden übernommen. Auf Basis des vorhandenen Musterstandes wurde ein Qualifizierungsplan erstellt und umgesetzt. Im Rahmen der Analysen wurden Schwachstellen identifiziert und gezielte Optimierungen an den Schaltnetzteilen, den analogen und digitalen Schaltungsteilen sowie den Kommunikationsschnittstellen vorgenommen. Zusätzlich wurde eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für das eingesetzte Embedded-Linux-System entwickelt. Dank des detaillierten Systemverständnisses, das während der Qualifizierung des ursprünglichen Designs aufgebaut wurde, erfolgt die Inbetriebnahme der neuen Prototypen effizient im hauseigenen Labor. Der Kunde profitiert von einem praxisorientierten und breit aufgestellten technischen Know-how.
Der Kunde war während der Chipkrise massiv von Lieferengpässen bei benötigten Leistungshalbleitern betroffen, wodurch ein großer Teil des Produktportfolios nicht mehr produzierbar war. Zur Vermeidung eines Produktionsstopps wurde die Identifikation und Qualifizierung geeigneter Ersatzbauteile beauftragt. Die Alternativen wurden sowohl auf Basis von Datenblattanalysen als auch durch praktische Schaltversuche im Labor charakterisiert. Ihre Eignung wurde im Rahmen von Dauerlauftests unter verschärften Bedingungen nachgewiesen. Zusätzlich erfolgten EMV-Messungen zur Sicherstellung der Einhaltung relevanter Störemissionsgrenzwerte. Die Analyse von refurbished Leistungshalbleitern brachte Fälschungen zutage, wodurch potenzielle Folgeschäden vermieden werden konnten. Durch die erfolgreiche Umsetzung des Auftrags konnte der Kunde seine Produktion trotz anhaltender Versorgungsengpässe stabil fortführen und sich Wettbewerbsvorteile sichern.
HW-Entwicklung
Wahl der Schaltungstopologie, Simulation und Auslegung, Prototypenbau
Inbetriebnahme
Labortests der Prototypen und Anpassung der Software
Leiterplatten
Layouterstellung
Musterbau
Serienlieferung und Bestückung
induktives Energieübertragungssystem 11 kW Leistungselektronikentwicklung Vienna rectifier PFC, buck converter und LLC Resonanzwandler - Continental
Kenndaten:
off-board charger 11 kW AC-Lader HF-Leistungselektronikentwicklung Vienna rectifier PFC und LLC Resonanzwandler - Forschungsprojekt InKoLeZ
Kenndaten:
OBC on-board charger 3,6 kW AC-Lader Leistungselektronikentwicklung totem-pole PFC und LLC Resonanzwandler - Hitachi Metals Ltd.
Kenndaten:
Kenndaten: Pout = 43 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Kenndaten: Pout = 22 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Kenndaten: Pout = 22 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Fraunhofer IISB Forschungspreis verliehen bekommen
Kommunikationsschnittstellen: CAN, FlexRay, LIN
Ansteuerung von BLDC Motoren
Schaltnetzteile, point-of-load DCDC Wandler
Leistungselektronik
elektrische Antriebstechnik
Regelungstechnik
Entwicklungsingenieur Hardware
Profil
Mit über zwölf Jahren Erfahrung als Hardwareentwicklungsingenieur in der Automobilbranche, Industrieelektronik und am Leistungselektronikinstitut biete ich ein breites technisches Know-how und hohe Projektkompetenz. Dank meiner ergebnisorientierten und kreativen Denkweise entwickle ich pragmatische, kostenoptimierte Lösungen für Ihre Herausforderungen und begleite Projekte von der ersten Idee über den Prototypenbau bis zur Serienfreigabe. Ein eigenes Elektrotechniklabor mit umfangreicher Ausstattung unterstreicht meine selbstständige und unabhängige Arbeitsweise. Ehrliche und transparente Kommunikation sowie das Streben nach einer langfristigen Zusammenarbeit stehen für mich im Mittelpunkt.
KOMPETENZEN
TOOLS
Elektronik:
Layout und Prototypen:
Qualifizierung und Produktpflege:
Zur Reduktion der hohen Durchfallquote beim Funktionstest wurde die Optimierung der Schaltnetzteilbaugruppe in Auftrag gegeben. Eine erste Laborinbetriebnahme zeigte eine deutliche Abweichung im Eingangsspannungs- und Ausgangsleistungsbereich der verglichenen Netzteile. Die Toleranzbetrachtung des Netzteils per Simulation wies auf eine fehlerhafte Umsetzung der Schutzmaßnahmen in der Mikrocontrollersoftware des Schaltnetzteils hin. Die Software wurde entsprechend modifiziert und eine verbesserte sowie wiederholgenaue Messschaltung in Hardware entwickelt. Das robuste Design führt zu einer dauerhaften Erhöhung der Produktionsausbeute.
Seit einigen Jahren erhält der Kunde vermehrt Reklamationen von einem einzelnen Großabnehmer aufgrund von Defekten und Fehlermeldungen an den Stromquellen. Für die Untersuchung der Feldrückläufer kam es zu einer Beauftragung durch den Kunden. Die Laboranalysen zeigten Schäden an den IGBT-Leistungsmodulen, verursacht durch transiente Überspannungen beim Betrieb im Generatorinselnetz. Innerhalb eines Monats wurden mehrere effektive Lösungsvorschläge sowohl an der Stromquelle als auch am Generator entwickelt. Nach Umsetzung der Modifikationen plant der Großkunde die Freigabe einer neuen Bestellung von 2000 Stromquellen.
Die beanstandete Shunt-Ausgangsstrommessung zeigt bei kleinen Strömen eine deutliche Störungsüberlagerung in der Messgröße. Die Störung ist unter anderem auch akustisch im hörbaren Frequenzbereich wahrnehmbar, was von zahlreichen Anwendern bemängelt wurde und bereits zu einem Imageverlust der Stromquelle führte. Mittels LTspice-Simulation konnte die Problematik der ursprünglich gewählten Messschaltung nachvollzogen und transparent dargestellt werden. Daraufhin wurde eine differenzielle Operationsverstärkerschaltung analytisch mit wxMaxima ausgelegt, die unempfindlich hinsichtlich der auftretenden Gleichtaktstörungen ist. Durch geringfügige Layoutanpassungen ließ sich kurzfristig eine kostengünstige und robuste Lösung realisieren.
Das fortgeschrittene und zeitkritische Kundenprojekt befindet sich bereits in der C-Musterphase und weist mehrere Designfehler auf. Die geforderte Isolationsspannung von 5,25 kV für die Transformatoren wird nicht erreicht. Ein neues Wickelschema wird unter Berücksichtigung der erforderlichen Kopplungen erarbeitet. Zudem erfolgt eine Überarbeitung des Leiterplattenlayouts in Bezug auf Luft- und Kriechstrecken, EMV-Anforderungen und bestehende Designfehler. Probleme im LLC-Schaltregler werden durch eine analoge Zusatzbeschaltung behoben. Dank der zielgerichteten technischen Unterstützung konnte der enge Zeitplan dennoch eingehalten werden.
Der Schaltregler des bestehenden Sperrwandlerdesigns ist ersatzlos abgekündigt und eine pinkompatible Alternative ist am Markt nicht verfügbar. Infolgedessen wird ein neues, kostenoptimiertes und effizienteres Design mit einem aktuellen Schaltregler entwickelt. Der zuvor verwendete teure anwendungsspezifische Übertrager wird durch ein Massenprodukt ersetzt. Das überarbeitete Netzteil wurde in das bestehende Layout des LLC-Leistungsbausatzes integriert. Die anschließende Qualifizierung sowie die Industrialisierung bei einem externen osteuropäischen EMS-Dienstleister erfolgten ebenso im Rahmen der Beauftragung. Der Kunde profitiert hierbei von einer ganzheitlichen Lösung aus einer Hand.
Die Qualifizierung und das Redesign eines Mixed-Signal-Mainboards mit etwa DIN-A4-Größe wurden übernommen. Auf Basis des vorhandenen Musterstandes wurde ein Qualifizierungsplan erstellt und umgesetzt. Im Rahmen der Analysen wurden Schwachstellen identifiziert und gezielte Optimierungen an den Schaltnetzteilen, den analogen und digitalen Schaltungsteilen sowie den Kommunikationsschnittstellen vorgenommen. Zusätzlich wurde eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für das eingesetzte Embedded-Linux-System entwickelt. Dank des detaillierten Systemverständnisses, das während der Qualifizierung des ursprünglichen Designs aufgebaut wurde, erfolgt die Inbetriebnahme der neuen Prototypen effizient im hauseigenen Labor. Der Kunde profitiert von einem praxisorientierten und breit aufgestellten technischen Know-how.
Der Kunde war während der Chipkrise massiv von Lieferengpässen bei benötigten Leistungshalbleitern betroffen, wodurch ein großer Teil des Produktportfolios nicht mehr produzierbar war. Zur Vermeidung eines Produktionsstopps wurde die Identifikation und Qualifizierung geeigneter Ersatzbauteile beauftragt. Die Alternativen wurden sowohl auf Basis von Datenblattanalysen als auch durch praktische Schaltversuche im Labor charakterisiert. Ihre Eignung wurde im Rahmen von Dauerlauftests unter verschärften Bedingungen nachgewiesen. Zusätzlich erfolgten EMV-Messungen zur Sicherstellung der Einhaltung relevanter Störemissionsgrenzwerte. Die Analyse von refurbished Leistungshalbleitern brachte Fälschungen zutage, wodurch potenzielle Folgeschäden vermieden werden konnten. Durch die erfolgreiche Umsetzung des Auftrags konnte der Kunde seine Produktion trotz anhaltender Versorgungsengpässe stabil fortführen und sich Wettbewerbsvorteile sichern.
HW-Entwicklung
Wahl der Schaltungstopologie, Simulation und Auslegung, Prototypenbau
Inbetriebnahme
Labortests der Prototypen und Anpassung der Software
Leiterplatten
Layouterstellung
Musterbau
Serienlieferung und Bestückung
induktives Energieübertragungssystem 11 kW Leistungselektronikentwicklung Vienna rectifier PFC, buck converter und LLC Resonanzwandler - Continental
Kenndaten:
off-board charger 11 kW AC-Lader HF-Leistungselektronikentwicklung Vienna rectifier PFC und LLC Resonanzwandler - Forschungsprojekt InKoLeZ
Kenndaten:
OBC on-board charger 3,6 kW AC-Lader Leistungselektronikentwicklung totem-pole PFC und LLC Resonanzwandler - Hitachi Metals Ltd.
Kenndaten:
Kenndaten: Pout = 43 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Kenndaten: Pout = 22 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Kenndaten: Pout = 22 kW, Uin = 400 VAC, Uout = 800 VDC
Fraunhofer IISB Forschungspreis verliehen bekommen
Kommunikationsschnittstellen: CAN, FlexRay, LIN
Ansteuerung von BLDC Motoren
Schaltnetzteile, point-of-load DCDC Wandler
Leistungselektronik
elektrische Antriebstechnik
Regelungstechnik
Entwicklungsingenieur Hardware
Profil
Mit über zwölf Jahren Erfahrung als Hardwareentwicklungsingenieur in der Automobilbranche, Industrieelektronik und am Leistungselektronikinstitut biete ich ein breites technisches Know-how und hohe Projektkompetenz. Dank meiner ergebnisorientierten und kreativen Denkweise entwickle ich pragmatische, kostenoptimierte Lösungen für Ihre Herausforderungen und begleite Projekte von der ersten Idee über den Prototypenbau bis zur Serienfreigabe. Ein eigenes Elektrotechniklabor mit umfangreicher Ausstattung unterstreicht meine selbstständige und unabhängige Arbeitsweise. Ehrliche und transparente Kommunikation sowie das Streben nach einer langfristigen Zusammenarbeit stehen für mich im Mittelpunkt.
KOMPETENZEN
TOOLS
Elektronik:
Layout und Prototypen:
Qualifizierung und Produktpflege: