Inverter INV-120V-40A · GaN
GaN-Inverter INV-120V-40A – 99 % Wirkungsgrad für 90 Tage in der Stratosphäre
Sechs Galliumnitrid-Halbbrücken, geschaltet als drei Vollbrücken für einen Motor mit offenen Wicklungen: bis 120 V, 40 A Phasenstrom (rms), Wirkungsgrad 99,125 %. Entwickelt für eine HAPS-Plattform, die 90 Tage am Stück fliegt – und kompromisslos auf Effizienz getrimmt.
99,125 %
Wirkungsgrad des Inverters
120 V · 40 A
DC-Spannung · Phasenstrom (rms)
6 × GaN
Halbbrücken, als drei Vollbrücken verschaltet
90 Tage
Flugdauer der Plattform, ohne Wartung
Anwendung
Für 90 Tage Flug zählt jedes Watt.
HAPS – High-Altitude Platform Stations – sind solarelektrische Flugzeuge, die monatelang in rund 20 Kilometern Höhe kreisen und dort Aufgaben eines Satelliten übernehmen. Tagsüber lädt die Sonne die Batterie, nachts trägt die Batterie den Flug. Das Energiebudget entscheidet über alles: Jedes Watt Verlust im Antrieb heißt mehr Solarfläche oder mehr Batteriemasse – und beides muss mitfliegen.
Dazu kommt die Thermik: In der dünnen Luft der Stratosphäre kühlt Konvektion kaum. Wärme, die im Inverter entsteht, muss über Fläche und Masse abgeführt werden – die effizienteste Kühlung ist deshalb, die Verluste gar nicht erst entstehen zu lassen. Und 90 Tage ohne Wartung verlangen eine Auslegung mit Reserve: konservative Ströme, niedrige Sperrschichttemperaturen, kein Bauteil am Limit.
Die Auslegungsziele
- Maximaler Wirkungsgrad im Betriebspunkt des Dauerflugs – nicht nur bei Volllast
- Minimale Verlustwärme, weil Konvektion in 20 km Höhe kaum kühlt
- Dauerbetrieb über 90 Tage ohne Wartung, mit Reserve in jedem Bauteil
- Geringe Masse: Inverter und Motor gemeinsam optimiert
Das Ergebnis: ein Wirkungsgrad von 99,125 %.
Topologie
Drei Vollbrücken statt einer Drehstrombrücke.
Ein klassischer Drehstrom-Inverter besteht aus drei Halbbrücken; der Motor ist im Stern oder Dreieck verschaltet, und jede Phase sieht höchstens die Spannung zwischen zwei Brückenzweigen. Der INV-120V-40A geht einen anderen Weg: Seine sechs GaN-Halbbrücken bilden drei Vollbrücken, und jede Motorphase hängt als eigene Wicklung mit zwei Anschlüssen an ihrer eigenen H-Brücke – ein Motor mit offenen Wicklungen (open-end winding).
Das hat drei Folgen. Jede Phase kann die volle Zwischenkreisspannung nutzen – für dieselbe Leistung wird der Motor für höhere Spannung und niedrigeren Strom gewickelt, und die Leitverluste in Transistoren, Leitungen und Wicklung sinken mit dem Quadrat des Stroms. Die drei Phasenströme werden unabhängig voneinander geregelt; die feldorientierte Regelung stellt Id und Iq ein und hält den Nullsystemstrom bei null. Und die Phasen sind elektrisch voneinander entkoppelt – die Grundlage für fehlertolerante Betriebsarten.
Der Motor dazu kommt ebenfalls von Persystems: Wicklung, Polzahl und Inverter sind gemeinsam auf den Betriebspunkt der Plattform ausgelegt.
Drei Vollbrücken, sechs Halbbrücken
Jede Phase an ihrer eigenen H-Brücke – die volle Zwischenkreisspannung je Wicklung
GaN-Halbbrücke (oberer und unterer Schalter) Motorwicklung mit zwei Anschlüssen
Schematisch. Die Regelung stellt die drei Phasenströme unabhängig ein und hält den Nullsystemstrom bei null.
Halbleiter
Warum Galliumnitrid.
Schalten fast ohne Verlust
GaN-Transistoren schalten in Nanosekunden und haben keine Reverse-Recovery-Ladung. Die Schaltverluste sind ein Bruchteil derer von Silizium-MOSFETs – bei gleicher oder höherer Schaltfrequenz, was den Stromrippel im Motor klein hält.
Niedrige Leitverluste
Sechs Halbbrücken mit niedrigem Durchlasswiderstand, betrieben weit unterhalb ihrer Grenzwerte: Die Chiptemperatur bleibt niedrig, und mit ihr der Durchlasswiderstand.
Weniger Wärme, weniger Masse
Was nicht als Verlust anfällt, muss nicht gekühlt werden: kleinere Kühlfläche, weniger Gewicht – auf einer Plattform, bei der jedes Gramm Solarfläche und Batterie kostet, der entscheidende Hebel.
Technische Daten
INV-120V-40A im Überblick.
| Zwischenkreisspannung | bis 120 V |
| Phasenstrom | 40 A rms (maximal) |
| Leistungsstufe | 6 GaN-Halbbrücken, verschaltet als 3 Vollbrücken |
| Motoranschluss | 3 Phasen mit offenen Wicklungen (6 Leitungen) |
| Wirkungsgrad | 99,125 % |
| Regelung | feldorientiert (FOC), unabhängige Phasenstromregelung |
| Auslegung | maximaler Wirkungsgrad, Dauerbetrieb 90 Tage |
| Anwendung | HAPS und Langzeitflug; Antriebe mit höchstem Effizienzanspruch |
| Motor | passender Motor mit offenen Wicklungen, Persystems-Entwicklung |
| Verfügbarkeit | verfügbar |
| Datenblatt | auf Anfrage |
Lieferumfang und Integration
Was Sie bekommen
- Inverter INV-120V-40A und passender Motor als abgestimmte Antriebseinheit – oder der Inverter für Ihren Motor mit offenen Wicklungen
- Anpassung an Ihre Plattform: Spannung, Strom, Schnittstellen, Bauform
- Wirkungsgradkennfeld vom eigenen Prüfstand – Power Analyzer, Drehmoment-Messnabe, CAN-Aufzeichnung
- Unterstützung unseres Engineering-Teams bei Auslegung und Systemintegration
Feldorientierte Regelung, Telemetrie und Schutzfunktionen stammen aus derselben Firmware-Basis wie beim INV-60V-120A.
Häufige Fragen
Fragen zum INV-120V-40A
Warum ein Vollbrücken-Inverter und kein klassischer Drehstrom-Inverter?
Weil bei offenen Wicklungen jede Phase die volle Zwischenkreisspannung nutzen kann. Der Motor wird für höhere Spannung und niedrigeren Strom gewickelt, und die Leitverluste in Transistoren, Leitungen und Wicklung sinken mit dem Quadrat des Stroms. Für eine Plattform, bei der jedes Watt Verlust Solarfläche und Batteriemasse kostet, ist das der direkteste Hebel.
Was bringt GaN gegenüber Silizium-MOSFETs?
Galliumnitrid-Transistoren schalten in Nanosekunden und haben keine Reverse-Recovery-Ladung – die Schaltverluste sind ein Bruchteil derer von Silizium. Zusammen mit niedrigen Leitverlusten ergibt das den Wirkungsgrad von 99,125 %, und weniger Verlustwärme heißt weniger Kühlfläche und weniger Masse.
Kann ich den INV-120V-40A für mein Projekt einsetzen?
Ja. Der Inverter ist für eine HAPS-Plattform entstanden, die Auslegung passt aber zu jedem Antrieb, bei dem Wirkungsgrad und Masse entscheiden: Langzeitflug, solarelektrische Fahrzeuge, Prüfstände mit Effizienzanspruch. Schreiben Sie uns Spannung, Strom und Betriebspunkt – wir prüfen, ob die Standardvariante passt oder eine Anpassung nötig ist.
Gibt es den passenden Motor dazu?
Ja. Für die HAPS-Plattform haben wir den Motor mit offenen Wicklungen gemeinsam mit dem Inverter entwickelt. Sie bekommen Inverter und Motor als abgestimmte Einheit – oder den Inverter allein für einen Motor, dessen sechs Wicklungsenden herausgeführt sind.
Was bedeutet 40 A Phasenstrom rms?
Den Effektivwert des sinusförmigen Phasenstroms, den der Inverter maximal stellt – die Kenngröße, aus der sich mit der Motorkonstante das Drehmoment ergibt. Der Spitzenwert liegt um den Faktor √2 höher, bei rund 57 A.
Kontakt
Ein Antrieb, bei dem jedes Watt zählt?
Schreiben Sie uns Spannung, Strom und Betriebspunkt Ihres Antriebs – Sie bekommen eine Antwort direkt aus der Entwicklung.
| Produkt | GaN-Inverter INV-120V-40A |
| Kenndaten | bis 120 V, 40 A rms, 99,125 % Wirkungsgrad |
| Vertrieb | sales@persystems.org |
| Telefon | +49 941 462 974 40 |
| Firma | Persystems GmbH, Regensburg |