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Leistungs-MOSFETs im Detail – ein Leitfaden für Elektronikentwickler

Solarenergie ist ein großes Geschäft. Da die Nachfrage nach Solarzellen steigt, ist auch kompaktere und energieeffizientere Elektronik erforderlich, damit jedes mögliche Milliwatt der aus der Sonnenenergie erzeugten Leistung erfasst und verarbeitet werden kann.

Fotovoltaik-Wechselrichter wandeln den in Solarzellen erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom um, der an die Netzspannung und Netzfrequenz vor Ort angepasst, in das Versorgungsnetz oder in netzunabhängige Systeme eingespeist wird. Micro-Wechselrichter, die nur an ein Panel angeschlossen werden, stellen sicher, dass eine verringerte Ausgangsleistung der Panels (durch Schatten oder Schnee) nicht die gesamte Anordnung unverhältnismäßig beeinträchtigt.

Power MOSFETs explained - a 5 minute guide for the busy design engineer

Entwickler von Wechselrichtern müssen dabei Anforderungen wie eine hohe Leistungsfähigkeit, minimale Verluste, eine kompakte Baugröße und hohe Zuverlässigkeit berücksichtigen.

Leistungs-MOSFETs sind das bevorzugte halbleiterbasierte Schaltbauteil für Solarzellen, da sie sich einfach ansteuern lassen und bei hohen Frequenzen effizient schalten. Mit einer Nennspannung von 600V und 650V bieten sie genügend Spielraum, um hohe Spannungstransienten sicher zu handhaben.

Moderne Leistungs-MOSFETs verfügen über eine integrierte Body-Diode. Um Schaltverluste zu minimieren und die Systemeffizienz zu erhöhen, kann diese Diode als FRD (Fast Recovery Body-Diode) optimiert werden. Solche FRDs werden über ihre Sperrerholungszeit (trr; Reverse Recovery Time) charakterisiert. Leistungs-MOSFETs mit integrierter FRD verringern zudem die Bauteilanzahl, sparen Platz auf der Leiterplatte, vereinfachen das Design und rationalisieren das Bestandsmanagement.

Eine Vielzahl von MOSFETs mit integrierter FRD steht nun in verschiedenen Gehäusen zur Verfügung. Die Bausteine bieten eine trr von nur 100ns (im Vergleich zu 280ns bei einem Standard-MOSFET) und einen RDS(ON) von nur 0,23Ω.

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