Bachelorarbeit Chris Bauer - Geothermie Wiki - zwerg - KIT

3.2. Auswahl geeigneter Hochtemperaturbauteile
3.2.2. MOSFETs
Das wichtigste Bauteil der Leistungselektronik sind die eigentlichen Leistungsschalter,
welche die Motorspulen mit Strom beschalten (siehe Unterabschnitt 2.2.1 Grundlegen-
de Elektronik Komponenten).
Als Schalter werden MOSFETs eingesetzt, welche für den genannten Spannungs- und
Strombereich des zu betreibenden Motors ausgelegt sein müssen. Zusätzlich muss die
Strombelastbarkeit, besonders bei den Umgebungstemperaturen von bis zu 200°C, be-
achtet werden. Die MOSFETs müssen hier genügend Reserven aufweisen, wobei ein
möglichst geringer Widerstand von Drain to Source (RDSon) vorteilhaft ist.
Zusätzlich sollten die Schaltzeiten der MOSFETs möglichst kurz sein, um die Verlus-
te beim Schalten des PWM-Signals möglichst gering zu halten. Während des Ein- und
Ausschaltvorgangs wird der Ohmsche Bereich des Transistors durchfahren. Der MOS-
FET verändert in Abhängigkeit der angelegten Spannung am Gate den Ohmschen Wi-
derstand RDSon. Der Widerstand sollte über einen sehr kurzen Zeitraum ansteigen oder
sinken, wobei dann nur kurzfristig eine große Verlustleistung über dem MOSFET ab-
fällt. Die Schaltzeit verhält sich proportional zu den Verlusten beim Schalten. Sind die
Schaltzeiten sehr schnell, ist die Verlustleistung sehr gering.
Anforderungen an die MOSFETs zusammengefasst:
• Umgebungstemperaturen bis zu 200°C
• Min. 48V Sperrspannung von Drain to Source
• Min 5A Drain Dauerstrom bei 25°C Umgebungstemperatur
• Min 2A Drain Dauerstrom bei 200°C Umgebungstemperatur
• Schaltzeiten möglichst kurz aufgrund dynamischer Belastung
Der maximale Dauerstrom ist für den Betrieb mit einem PWM-Signal nicht die Belas-
tungsgrenze. Er gibt jedoch eine grobe Richtung über die Belastungsgrenze, aufgrund
des Widerstands RDSon und des thermischen Übergangswiderstands von Junction to
Case, an.
Hochtemperatur MOSFETs, welche bis zu 200°C Umgebungstemperatur funktionieren,
werden derzeit von drei Herstellern angeboten. Nach den Einflussgrößen Spannung
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