HalbleiterSchalter

HalbleiterSchalter bezeichnen elektronische Bauelemente, die den elektrischen Stromfluss durch Halbleitermaterial steuern und Lasten ein- oder ausschalten. Die Schaltsteuerung erfolgt durch eine geringe Steuerspannung an einer Gate-, Basis- oder Ansteuerschnittstelle. HalbleiterSchalter ermöglichen leistungsfähige Regelung mit wenig Steueraufwand und finden Anwendung in Netzteilen, Motorsteuerungen, Wechselrichtern und anderen Energieumwandlungsgeräten.

Zu HalbleiterSchaltern zählen MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors), BJT-Schalter sowie Thyristoren (SCR). In bestimmten Anwendungen kommen auch Dioden als Teile eines Schaltpfads zum Einsatz. MOSFETs eignen sich für schnelle Schaltungen bei niedrigeren Spannungen, IGBTs für hohe Spannungen und Ströme, Thyristoren liefern robuste Latch-Funktionalität in Gleichlaufsystemen.

Der Schaltvorgang hängt von der Gate-Basissteuerung ab: Ladungsträger werden injiziert bzw. der leitende Kanal herbeigeführt. MOSFETs unterscheiden Enhancement- und Depletion-Modus; IGBTs kombinieren MOS-Gate mit einer bipolar leitenden Struktur. Treiberschaltungen treiben die Schalter oft galvanisch isoliert über Treiber-ICs oder Optokoppler. In der Praxis werden HalbleiterSchalter meist in Pulsweitenmodulation (PWM) genutzt, um Spannung, Strom und Leistung effizient zu regeln.

Anwendungsbereiche umfassen Netzteile, DC-DC-Wandler, Wechselrichter, elektrische Antriebe sowie erneuerbare Energiesysteme und USV-Anlagen. Wichtige Herausforderungen sind Schaltverluste, Wärmeabfuhr, sichere Gate-Ansteuerung, Schutz gegen Überspannung und Kurzschluss sowie Zuverlässigkeit von Verpackung und Kühlung.

Historisch markierten HalbleiterSchalter den Wandel der Leistungselektronik: Transistoren in den 1940er Jahren, MOSFET in den 1950er/60er Jahren und die breitere Einführung der IGBTs in den 1980er Jahren.