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Betrieb von Trench-Power-MOSFETs im Linearbereich

Transistor am Limit

23. Februar 2012, 17:26 Uhr | Dr. Felix Hüning

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Schaltanwendung

Schaltanwendungen sind mit Abstand die häufigsten Applikationen für Trench-Power-MOSFETs. Insbesondere für die zahlreichen Elektromotoren im Automobil, sowohl DC- als auch BLDC-Motoren, wird die Ansteuerung mittels diskreter Leistungs-MOSFETs realisiert, zumeist in H-Brücken-Konfiguration für die DC-Motoren oder als B6-Brücke für BLDC-Motoren. Die Einsatzgebiete reichen dabei vom Fensterheber bis zur Benzinpumpe, vom Kühlerlüfter bis zur elektrischen Servolenkung. Alle diese Anwendungen haben unterschiedliche Leistungsanforderungen an die MOSFETs, aber immer soll das Leistungsbauteil mit bis zu 20 kHz geschaltet werden. Streng genommen wird dabei der Leistungs-MOSFET sowohl während des Einschaltens als auch während des Ausschaltens im Linearmodus betrieben, die Schaltzeiten variieren von einigen hundert Nanosekunden bis in den ms-Bereich oder noch länger. Bild 3a zeigt einen typischen Einschaltvorgang bei einem PWM-Betrieb mit 20 kHz, wie er z.B. bei der Ansteuerung eines BLDC-Motors in einem Kühlerlüfter (HVAC) auftreten kann. Innerhalb von etwa 1 µs steigt ID auf den maximalen Wert von 70 A an, während UDS auf den Einschaltwert U_DS = R_DS(on) x I_D = 120 mV absinkt.

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In Bild 3b wurde die Strom-Spannungs-Charakteristik dieses Schaltens in die Raumtemperatur-SOA des NP109N04PUJ eingetragen. Deutlich ist zu erkennen, dass die Daten zwar oberhalb der DC-Kurve liegen, aber auch deutlich innerhalb der SOA für kürzere Zeiten. Ein solcher Schaltbetrieb ist demnach ohne Einschränkungen möglich.