Betrieb von Trench-Power-MOSFETs im Linearbereich Transistor am Limit

Bei der Betrachtung von Anwendungen für moderne Leistungs-MOSFETs in Trench-Technologie spielt der Betrieb im Linearmodus meist eine untergeordnete Rolle. Dabei gibt es hierfür zahlreiche Anwendungsfälle. Schon das Ein- und Ausschalten eines Leistungs-MOSFETs in Schaltanwendungen stellt einen Linearbetrieb dar, zudem können die Bauteile z. B. als Schutz vor Überspannungen im Linearmodus betrieben werden. Anhand von Beispielen wird im Folgenden beschrieben, was im Linearbetrieb zu beachten ist. Sind alle relevanten Daten, insbesondere eine korrekte Darstellung des sicheren Betriebsbereich (Safe Operating Area, SOA), in den Datenblättern der MOSFETs enthalten, kann beurteilt werden, inwieweit die Bausteine auch für diesen Anwendungsfall einsetzbar sind.

Moderne Leistungs-MOSFETs in Trench-Technologie werden insbesondere in Schaltanwendungen, z.B. in DC/DC-Wandlern oder bei der Motorsteuerung im PWM-Betrieb, eingesetzt. Das heißt, der Baustein wird wechselweise im voll eingeschalteten und voll ausgeschalteten Zustand betrieben. Um ein möglichst effizientes und verlustminimiertes Schalten mit den Bauteilen zu ermöglichen, muss die Technologie insbesondere im Hinblick auf die dynamischen und statischen Verlustleistungen optimiert werden. Von daher stehen bei der Entwicklung neuer Technologien Parameter wie On-Widerstand (RDS(on)), Gateladung (QG) und Kapazitäten (Ciss, Coss, Crss) im Vordergrund.

Aber wie sieht es mit dem Einsatz von modernen Trench-Power-MOSFETs im Linearbetrieb aus? Als Linearbetrieb bezeichnet man dabei den Betriebszustand, in dem der Leistungs-MOSFET weder voll ein- noch ausgeschaltet ist. Kleine Änderungen in der Gate-Source-Ansteuerspannung UGS bewirken große Änderungen des Drain-Stroms ID und simultan zum Drain-Strom fallen größere Drain-Source-Spannungen UDS am Bauteil ab.