Schalttransistoren

Schalttransistoren sind transistorische Bauelemente, die primär in Schaltbetrieben eingesetzt werden, um Leistung oder Signale mit hoher Effizienz zu steuern. Im Gegensatz zu linear betriebenen Transistoren arbeiten sie überwiegend im Ein-Aus-Betrieb, wobei der Übergang zwischen den Zuständen möglichst schnell erfolgen soll. Dadurch eignen sie sich besonders für Leistungs- und Regelungsanwendungen in der Leistungselektronik.

Historisch spielten Bipolartransistoren (BJT) als Schaltelelemente eine zentrale Rolle. Mit der Entwicklung der Feldeffekttransistoren (MOSFET) und der späteren IGBT-Technologie wurden Leistungsschalter mit niedrigen Übergangsverlusten und hohen Spannungs- und Stromwerten möglich. MOSFETs bieten sehr geringe Durchlasswiderstände und hohe Schalldauern, während IGBTs höhere Spannungen und Ströme bei vergleichsweise einfacherer Treiberung ermöglichen. Thyristoren wie SCRs fallen in einen verwandten, aber eigenständigen Bauelementtyp.

Wichtige Kenngrößen sind Sperrspannungen, Durchlassspannungen oder on-resistance (Rds(on)) bei MOSFETs, sowie die entsprechenden Fluss- und Gate-Parameter. Die Steuerung erfolgt über Treiberstufen, die Gates bzw. Basen schnell und sicher schalten müssen. Die Schaltzeiten, das Vorhandensein von Schutzdioden, die Ladungseigenschaften der Gate-Kapazität sowie Verluste durch Schalten (Schaltverluste) bestimmen die Effizienz in Schaltungen wie Schaltnetzteilen, DC-DC-Wandlern, Ladegeräten oder Motorantrieben.

Die Vorteile liegen in der hohen Effizienz bei PWM-Anwendungen, kompakter Bauweise und guter Reproduzierbarkeit. Zu den Herausforderungen zählen Schaltverluste, elektromagnetische Störungen, Wärmemanagement und die Notwendigkeit geeigneter Gate-Treiber sowie Schutzmaßnahmen gegen Überspannung und dV/dt.