Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAFFür seine 2021 am Fraunhofer IAF und dem INATECH der Universität Freiburg erstellte Masterarbeit hat Kareem Mansour den Green ICT Award der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) erhalten. Der Preis wurde am 24. Oktober 2023 im Rahmen des MST Kongresses in Dresden verliehen. In seiner Arbeit entwickelte Mansour einen neuartigen DC-DC-Spannungswandler, der den Wirkungsgrad elektrischer Energiewandlung, etwa zur Ansteuerung elektrokalorischer Festkörper-Wärmepumpen, signifikant erhöht.
Prämiert wurde Mansour für seine Masterarbeit mit dem Titel »Design and Implementation of a Highly Efficient Bidirectional DC-DC Converter for Multi-Phase Control of Capacitive Loads«.
© Kareem Mansour
Kareem Mansour erhält Green ICT Award für Masterarbeit am Fraunhofer IAF und INATECH
Kareem Mansour erhielt den Green ICT Award 2023, der im Rahmen des Kompetenzzentrums »Green ICT @ FMD« erstmals verliehen wurde.
Nachhaltigkeit durch effiziente Technologie
»Ich glaube, dass Technologie das Potenzial hat, die Welt grüner, sauberer und zu einem besseren Ort zu machen. Die Möglichkeit, technologische Innovation und Umweltschutz durch umweltfreundliche Produktdesigns zu verbinden, hat mich zu meiner Arbeit im Bereich effizienter Mikroelektronik motiviert«, sagt Kareem Mansour über seine Beweggründe.
Die Masterarbeit entstand im Rahmen des Projekts »ElKaWe – Elektrokalorische Wärmepumpen«. Sie wurde am Fraunhofer IAF und dem Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg von Prof. Dr. Rüdiger Quay und Forschenden im Bereich Leistungselektronik um Dr. Stefan Mönch betreut. Den Preis überreichten Prof. Dr. Amelie Hagelauer, Jury-Vorsitzende und Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT, sowie Dr. Stefan Mengel, Referatsleiter im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Der Demonstrator des DC-DC-Spannungswandlers, den Kareem Mansour in seiner Masterarbeit entwarf und realisierte, erreicht einen Wirkungsgrad von 99,66 %.
Hocheffiziente Leistungselektronik für Energiewandlung
Mansour entwarf in seiner Arbeit eine neue Schaltwandler-Topologie, die Teilleistungswandeln (Partial Power Processing) mit vier Spannungsleveln umsetzt. Dafür kombinierte er Leistungshalbleiterbauelemente aus Galliumnitrid (GaN) mit herkömmlichen Silizium-Transistoren. Auf der Grundlage seines Schaltungskonzepts realisierte Mansour einen Demonstrator, der einen gemessenen Wirkungsgrad von 99,66 % beim Umladen kapazitiver Lasten erreichte. Der konkrete Ansatz kann theoretisch die elektrischen Verluste auf ein Drittel reduzieren. Experimentell wurde mehr als eine Halbierung der Verluste nachgewiesen und der Ansatz dadurch verifiziert. Für neuartige elektrokalorische Festkörper-Wärmepumpen ermöglicht dies eine signifikante Erhöhung der Leistungszahl auf Systemebene. Um eine bestimmte Wärmeleistung zu erreichen, muss also merklich weniger elektrische Energie eingesetzt werden.
Weitere Anwendungsfelder des Schaltungskonzepts liegen in der Elektromobilität (Traktionskonverter), Solarenergietechnik (Photovoltaik-Wechselrichter) oder Datenzentren (Klimatechnik).
Prämiert wurde Mansour für seine Masterarbeit mit dem Titel »Design and Implementation of a Highly Efficient Bidirectional DC-DC Converter for Multi-Phase Control of Capacitive Loads«.
Green ICT Award der FMD
Mit dem Green ICT Award werden im Rahmen des Kompetenzzentrums »Green ICT @ FMD« herausragende studentische Abschlussarbeiten im Bereich ressourcenschonender Informations- und Kommunikationstechnik (information and communications technology, ICT) prämiert. Damit möchte die FMD angehende Forschende für Mikroelektronik und effiziente Technologie begeistern.