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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 4

Linearer Spannungsregler

Zahlreiche Anwendungen im Automobil können nicht direkt mit der Bordnetzspannung von 12 V betrieben werden, sondern benötigen höhere (z.B. Einspritzsysteme, HID-Lampen) oder niedrigere Spannungen (z.B. Steuergeräte). Zur Erzeugung niedrigerer Spannungen können sowohl DC/DC-Wandler (z.B. in Buck- oder Buck-Boost-Topologie) als auch Linearregler eingesetzt werden. Erstere weisen einen besseren Wirkungsgrad auf, benötigen aber eine aufwändigere Elektronik. Letztere haben eine geringere Effizienz, da Leistung in ungenutzte Wärme gewandelt wird. Dafür sind sie weniger komplex und meist günstiger. Daher finden sich auch noch Linearregler in Automotive-Anwendungen, bei denen über einem Leistungs-MOSFET die benötigte Spannung abfällt, um eine Eingangsspannung in eine geringere Ausgangsspannung zu transferieren. Durch Variation der Gate-Spannung kann die abfallende Spannung eingestellt und geregelt werden, so dass der Leistungs-MOSFET dauerhaft im Linearmodus betrieben wird.

Beim betrachteten Linearregler soll bei einer Umgebungstemperatur von 125 °C eine Eingangsspannung von 6,5 auf 1,2 V geregelt werden, so dass ein Ausgangsstrom von 5 A zur Verfügung gestellt wird. Es fällt demnach eine Drain-Source-Spannung von 5,3 V über den MOSFET ab. Wie im SOA-Diagramm bei 125 °C (Bild 5) zu erkennen ist, ist der Einsatz des NP109N04PUJ als Linearregler unter den gegebenen Randbedingungen ohne Einschränkung möglich, da die Strom-/Spannungswerte unterhalb der 125‑°C-DC-Kurve liegen.