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Novel materials for heat dissipation in semiconductor technologies
Get PDFThermal management is a major bottleneck for the next-but-one generation of semiconductor devices, especially the performance of SiC and GaN devices is limited by heat dissipation. This thesis evaluates four new packaging concepts with regards to thermal management: Diamond based substrates, phase change materials, Cu-Graphene composite films and anisotropic heat dissipation. Anisotropic heat dissipation is shown to be the most auspicious concept. A metal-matrix composite baseplate for a high performance power module using annealed pyrolytic graphite is created and evaluated. The baseplate shows a locally increased heat dissipation compared to a plain metal baseplate by 30 %. Furthermore, the thermal contact between device (baseplate) and cooler is of high importance. A study of different characterization methods for thermal interface materials is performed and a new method for the quantification of the thermal contact conductance is presented. The study shows that a combination of several methods is necessary so that the complete picture of heat dissipation performance of thermal interface materials becomes apparent. The new developed method allows to select the perfect thermal grease for a given combination of device and cooler.Wärmemanagement ist eine große Herausforderung sowohl für aktuelle als auch für zukünftige Halbleiterprodukte. Speziell die nächste Produktgeneration mit SiC oder GaN
Chips benötigen neue Entwärmungskonzepte, um ihr volles Potential bezüglich höherer Stromstärken zu entfalten. In dieser Arbeit wurden vier neuartige Konzepte erforscht: Diamant basierte Substrate, Phasen-Wechsel-Materialien, Cu-Graphene Kompositschichten und anisotrope Entwärmung. Es zeigte sich, dass anisotrope Entwärmung das vielversprechendste Konzept ist. Als Demonstrator wurde eine Bodenplatte mit thermisch pyrolytischen Graphiteinleger für ein Leistungsmodul gefertigt. Sie zeigt eine lokale Erhöhung der Entwärmung von 30 %. Weiter ist der thermische Kontakt zwischen Bauteil und Kühler sehr wichtig. Verschiedene Charakterisierungsmethoden für thermische Schnittstellen-Materialien wurden verglichen. Dieser Vergleich zeigt, dass eine Kombination verschiedener Methoden notwendig ist, um ein vollständiges Bild über die
Leistungsfähigkeit solcher Materialien zu gewinnen. Eine neue Messmethode wurde entwickelt, um die thermische Kontakt-Leitfähigkeit zu messen. Diese neue Methode
ermöglicht es, die beste Wärmeleitpaste für eine vorgegebene Kombination aus Produkt und Kühleroberfläche zu identifizieren
Investigations on the Developed Full Frequency-Dependent Cable Model for Calculations of Fast Transients
Get PDFThe knowledge about the behavior of cables is substantial in cases of transients or in cases of faults. However, there are only a few models that are tailored to the current requirements for calculations of transient phenomena in three-phase cable systems. These models are based on complex structures. PI-section cable models with simple structures were previously qualified only for calculations in the frequency domain. A new full frequency-dependent cable model to simulate transient phenomena is introduced and validated. The model is based on lumped parameters with cascaded frequency-dependent PI-sections. For the implementation and the integration in simulation tools, it is important to investigate the impact of the PI-section parameters to the accuracy, the stability and the mathematical robustness. In this work, the impact of the frequency dependence of cable parameters, the length distribution and the number of PI-sections on the results of the developed three-phase cable model have been discussed. For simulations in the time domain, two algorithms have been presented to optimize the number of PI-sections based on a specified accuracy
Die Chemnitzer „Actien-Spinnerei“ am Schillerplatz: Von der Gründung bis zum Aufstieg zur größten Spinnerei Sachsens 1857-1862
Get PDFAndré Reichel schildert in seinem Artikel die Frühgeschichte der Chemnitzer-Aktienspinnerei bis zu ihrem Aufstieg zur größten Spinnerei Sachsens
Performance Features of a Stationary Stochastic Novikov Engine
Get PDFIn this article a Novikov engine with fluctuating hot heat bath temperature is presented. Based on this model, the performance measure maximum expected power as well as the corresponding efficiency and entropy production rate is investigated for four different stationary distributions: continuous uniform, normal, triangle, quadratic, and Pareto. It is found that the performance measures increase monotonously with increasing expectation value and increasing standard deviation of the distributions. Additionally, we show that the distribution has only little influence on the performance measures for small standard deviations. For larger values of the standard deviation, the performance measures in the case of the Pareto distribution are significantly different compared to the other distributions. These observations are explained by a comparison of the Taylor expansions in terms of the distributions’ standard deviations. For the considered symmetric distributions, an extension of the well known Curzon–Ahlborn efficiency to a stochastic Novikov engine is given
The Effect of the Accelerometer Operating Range on Biomechanical Parameters: Stride Length, Velocity, and Peak Tibial Acceleration during Running
Get PDFPrevious studies have used accelerometers with various operating ranges (ORs) when measuring biomechanical parameters. However, it is still unclear whether ORs influence the accuracy of running parameters, and whether the different stiffnesses of footwear midsoles influence this accuracy. The purpose of the present study was to systematically investigate the influence of OR on the accuracy of stride length, running velocity, and on peak tibial acceleration. Twenty-one recreational heel strike runners ran on a 15-m indoor track at self-selected running speeds in three footwear conditions (low to high midsole stiffness). Runners were equipped with an inertial measurement unit (IMU) affixed to the heel cup of the right shoe and with a uniaxial accelerometer at the right tibia. Accelerometers (at the tibia and included in the IMU) with a high OR of ±70 g were used as the reference and the data were cut at ±32, ±16, and at ±8 g in post-processing, before calculating parameters. The results show that the OR influenced the outcomes of all investigated parameters, which were not influenced by tested footwear conditions. The lower ORs were associated with an underestimation error for all biomechanical parameters, which increased noticeably with a decreasing OR. It can be concluded that accelerometers with a minimum OR of ±32 g should be used to avoid inaccurate measurements
Förderung umweltbewussten Verhaltens durch wirksame(re) Nachhaltigkeitskommunikation
Get PDF„... denn sie wissen nicht, was sie tun“ – diese Entschuldigung entspricht beim (un-) nachhaltigen Verhalten nicht der Wahrheit, wie die Umweltbewusstseinsstudien alle zwei Jahre zeigen. Zutreffender wäre „denn sie schaffen es nicht, ihr Wissen in Handeln zu überführen“. Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Verhaltenslücke und dem offensichtlichen Bedarf nach neuen Problemlösungsansätzen diesbezüglich an. Wie können Menschen dazu bewegt werden sich umweltbewusst zu verhalten? Die Antworten und Lösungsansätze der Nachhaltigkeitswissenschaften waren bislang offensichtlich nicht erfolgreich und greifen also zu kurz.
Die Entwicklung eines interdisziplinären Kriterienkataloges zur Wirksamkeitserhöhung der Nachhaltigkeitskommunikation soll zur Schließung dieser Lücke beitragen. Der Katalog integriert erfolgsversprechende Kommunikationskriterien aus fünf Disziplinen: den Kulturwissenschaften, der Umweltschutzpsychologie, des Nachhaltigkeitsmarketings, des Neuromarketings sowie der kognitiven Linguistik. Das Ziel dieser Arbeit ist es dadurch Optimierungspotenziale für die Gestaltung der nichtkommerziellen, kommerziellen und medialen Nachhaltigkeitskommunikation aufzuzeigen. Das methodische Vorgehen orientiert sich dabei an der systematischen Literaturanalyse nach Cooper 1988. In der Auswertung des erstellten Kriterienkataloges werden beispielhaft die Verbindungslinien zwischen den Disziplinen, ihre gegenseitige Befruchtung und die Synergieeffekte aufgezeigt. Die Grundannahme, dass der Kriterienkatalog die ideale theoretische Grundlage für die Entwicklung einer Gesamtstrategie darstellt, deren Wirksamkeit sich nicht auf einmalige Entscheidungsbeeinflussungen beschränkt, kann damit als bestätigt gelten
Hocheffizienter DC/DC-Wandler auf Basis von GaN-Leistungsschaltern für Hochleistungs-Leuchtdioden im Kraftfahrzeug
Get PDFIn der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten zur Maximierung der Effizienz von stromregelnden DC/DC-Wandlern für den Betrieb von Hochleistungs-LEDs in PKW-und Motorrad-Beleuchtungseinrichtungen untersucht, mit dem Ziel, das Gewicht und den Energieverbrauch der Steuergeräte zu reduzieren und so zu dem stetigen Bestreben der Minimierung der Gesamtfahrzeugemissionen beizutragen.
Dafür werden verschiedene, teils sequenziell aufbauende Maßnahmen in Topologie, Bauelementen, Dimensionierung und Betriebsart betrachtet. Eine grundlegende Herausforderung für die Auslegung der Schaltung stellt dabei deren universelle Verwendbarkeit als Gleichteil in einem großen Bereich an Ausgangsstrom und -spannung in den individuellen Scheinwerfersystemen der verschiedenen Fahrzeugderivate dar.
Die Grundlage für die Verringerung der Verlustleistung bildet die Vereinfachung der Schaltreglertopologie hinsichtlich des Bauteilaufwands. Dies wird durch die Versorgung der Schaltung aus dem 48 V-Energiebordnetz und die Verwendung der Topologie des Tiefsetzstellers erreicht.
Elementarer Anteil dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wirksamkeit des Einsatzes neuartiger Galliumnitrid-Leistungsschalter (GaN-HEMTs) anstelle der konventionellen Silizium-MOSFETs, was zunächst an Hand von Berechnungen und schaltungstechnischen, parasitärbehafteten und zeitvarianten Simulationen durchgeführt wird. Bereits bei herkömmlichen Schaltfrequenzen und hartgeschaltetem Betrieb können signifikante Verbesserungen des Wirkungsgrades erreicht werden.
Weitergehend wird der Nutzen der durch die GaN-Transistoren ermöglichten höheren Schaltfrequenzen eruiert. Die um bis zu Faktor 20 erhöhte Schaltfrequenz macht den Einsatz einer resonanten Betriebsart (Zero-Voltage-Switching) und einer Luftspule als Hauptinduktivität notwendig.
Auf Steuergeräteebene kann somit die Verlustleistung auf unter ein Drittel reduziert werden, was zudem ein deutlich einfacheres und kompakteres Gehäuse ermöglicht, wodurch das Gesamtgewicht etwa halbiert werden kann.
Abschließend wird die Schaltung in einem Prototypen praktisch umgesetzt und die Funktionsfähigkeit im ZVS-Betrieb bei Schaltfrequenzen von bis zu 10 MHz verifiziert.This thesis deals with the research of possibilities for maximising efficiency of current-regulating DC/DC-Converters for driving high-power-LEDs in passenger-car- and motorcycle-lighting-devices. The ambition is to reduce weight and energy-consumption of the electronic-control-units, to contribute to reach the continuously decreasing target-values for vehicle-emissions.
Therefor different approaches in topology, components, design and operating mode are considered. A key-challenge for the circuit-design is the common-part-strategy for usage in many individual vehicle-headlamp-systems with a wide range of output-current and LED-string-voltages.
Basis for the reduction of power-losses is the simplification of the converters topology in terms of quantity of components. This is achieved by using the 48 V -vehicle-electrical-system as voltage-supply and a step-down-topology.
Mainpart of this research is about the potential benefits of applying novel Galliumnitride High-electron-mobility-transistors (GaN-HEMTs) instead of silicon MOS-FETs. Initially this is done by calculations and parasitic-afflicted, timevariant circuit-simulations.
Already in hardswitching operation under conventional switching-frequencies significant improvements in converter-efficiency can be achieved.
Furthermore the advantages of higher switching-frequencies, offered by the GaN-transistors, are investigated. Up to 20 times higher switching-frequencies necessitate a resonant operating mode of the circuit (Zero-voltage-switching) and the use of an aircoil as main-inductor.
On ECU-level power-losses can be reduced down to less than one third, which enables a more simplified and compact housing-concept, so that the overall weight can drop to about the half.
Finally the designed circuit is build up in a prototype and the functional capability is verified in ZVS-mode with up to 10 MHz switching-frequency
Kritische Reflexion zu verschiedenen Datenquellen zu altersbedingten Veränderungen der Beweglichkeit
Get PDFLeitthema ARBEIT(S).WISSEN.SCHAF(F)T ; Grundlage für Management & Kompetenzentwicklung
Mit zunehmendem Alter kommt es zu einer Verringerung der Beweglichkeit. Mit Hilfe digitaler Menschmodelle können daraus resultierende Auswirkungen auf die Arbeitsgestaltung analysiert und bei der Planung von Arbeitssystemen berücksichtigt werden. Als Voraussetzung dafür müssen in Menschmodellen valide Daten integriert werden.
Hierzu werden im Beitrag Datenquellen zur Beweglichkeit in Bezug zur altersbedingten Veränderung vorgestellt und deren Nutzung zur Ableitung von Referenzdaten für eine Integration in digitale Menschmodelle diskutiert. Als Quellen können Fachbücher, Primärstudien, Reviews und Meta-Analysen verwendet werden. Diese sind anhand von Kriterien zur Qualität und der Aufstellung von Referenzwerten zu bewerten. Im Ergebnis wird festgestellt, dass es wesentliche Unterschiede in der Studien- und Berichtsqualität gibt. Insbesondere fehlende Angaben zur Erhebung und der Studienpopulation erschweren die Studienbewertung und Einordnung hinsichtlich Referenzwerte. Referenzdaten unterscheiden sich auch hinsichtlich der Bereitstellung von alters- und geschlechtsspezifischen Angaben. Um eine adäquate Integration in digitale Menschmodelle vornehmen zu können, muss eine kritische Auseinandersetzung mit der Qualität der Erhebung und Repräsentativität der Daten erfolgen
Inhibition and loss of information in unsupervised feature extraction
Get PDFIn this thesis inhibition as a means for competition among neurons in an unsupervised learning system is studied. In the first part of the thesis, the role of inhibition in robustness against loss of information in the form of occlusion in visual data is investigated. In the second part, inhibition as a reason for loss of information in the mathematical models of neural system is addressed. In that part, a learning rule for modeling inhibition with lowered loss of information and also a dis-inhibitory system which induces a winner-take-all mechanism are introduced. The models used in this work are unsupervised feature extractors made of biologically plausible neural networks which simulate the V1 layer of the visual cortex
Entwicklung eines rauscharmen Lagemesssystems für sensorlose magnetisch gelagerte Antriebe mit Fluss-Bypass-Kompensation für hohe Sättigungstoleranz
Get PDFDas neuartige Fluss-Bypass-Verfahren ist ein sensorloses Messsystem für magnetisch gelagerte Antriebe. Durch Integration eines zusätzlichen nichtlinearen Flusspfad gelingt eine teilweise Kompensation des Sättigungseinflusses, der sonst bei hohen Flüssen zu verschwindender Messempfindlichkeit führen kann. Durch die transformatorische Signalübertragung mittels Hilfswicklungen werden ein hoher Signal-Rauschabstand bei hoher Messbandbreite erreicht