Schaltverlust

Schaltverlust, auch als Schaltverlus bezeichnet, beschreibt die Leistungsverluste, die in einem Halbleiter-Schalgerät während der Schaltvorgänge auftreten. Sie entstehen insbesondere dann, wenn während des Übergangs von Ein zu Aus oder umgekehrt gleichzeitig Spannung über dem Bauteil und Strom durch es hindurch fließt.

Berechnung und Ursachen: Während der Schaltphase liegt eine zeitweise nicht verschwindende Produktgröße v(t)·i(t) vor, aus der die Energie pro Schalthandlung E_sw durch das Integral der Leistungsdynamik gewonnen wird. Die Verlustenergie pro Zyklus lässt sich annähernd als E_sw ≈ 0,5 · V_ds · I_d · (t_r + t_f) schätzen, wobei t_r und t_f die Auf- bzw. Ab-Schaltzeiten sind. Die Schaltverluste summieren sich über die Anzahl der Schaltzyklen pro Sekunde zu P_sw = f_s · (E_on + E_off). In der Praxis hängen E_sw und P_sw von V_ds, I_d, dem Gate-Treiber, der Topologie, parasitären Kapazitäten und der Zuordnung von Dead-Time ab.

Faktoren und Reduktion: Wichtige Einflussgrößen sind die Schaltfrequenz f_s, der Laststrom I_d, die Versorgungsspannung V_ds sowie die Form der Spannungs- und Stromverläufe während der Schaltphasen. Maßnahmen zur Reduktion von Schaltverlusten umfassen optimierte Gate-Ansteuerung, Snubber-Schaltungen, Zero-Voltage- oder Zero-Current-Switching (ZVS/ZCS), resonante bzw. mehrstufige Topologien und Minimierung parasitärer Kapazitäten. Datenblätter von Leistungstransistoren geben typische P_sw-Werte unter definierten Bedingungen an, um Vergleiche zu ermöglichen.