Die Schaltverluste der MOSFETs

Wissens-Happen #22: Die Schaltverluste der MOSFETs

Warum Schalten heißer ist als Leiten

Viele Tuner glauben: „Meine MOSFETs (die elektronischen Schalter) werden nur heiß, wenn ich extrem viel Strom (Ampere) durchjage.“ Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Der wahre Endgegner für die MOSFETs ist die extreme Drehzahl (ERPM) – und das unfassbar schnelle Schalten selbst.

Die Analogie des trägen Wasserhahns

Ein MOSFET schaltet nicht in echter Nullzeit von „Ganz zu“ auf „Ganz offen“. Er braucht für diesen Wechsel einen winzigen Bruchteil einer Sekunde.
Stell dir vor, du musst einen Wasserhahn tausende Male pro Sekunde auf- und zudrehen:
Ganz ZU: Kein Wasser fließt, keine Reibung.
Ganz OFFEN: Das Wasser fließt perfekt durch, minimale Reibung (das ist der ganz kleine Eigenwiderstand aus Lektion 10).
Die Übergangsphase: Während du den Hahn auf- oder zudrehst, ist das Ventil halb offen. Das Wasser presst sich mit extremem Druck durch den engen Spalt. Hier entsteht massive Reibung und Hitze!
Diese Hitze im MOSFET nennt man Schaltverluste.

Je höher die ERPM, desto heißer die Party

Wenn dein Controller wegen einer hohen ERPM-Zahl die MOSFETs immer schneller an- und ausschalten muss, befinden sich die Schalter fast nur noch in dieser extrem heißen Übergangsphase.
Ab einer gewissen Drehzahlgrenze wird der MOSFET allein durch das unfassbar schnelle Hin- und Herschalten so heiß, dass das Silizium im Inneren schmilzt – völlig egal, wie viel Aluminium du zur Kühlung an das Gehäuse geschraubt hast.

Der finale Kurzschluss

Wird der MOSFET durch diese Schalthitze zu heiß, verliert das Halbleitermaterial seine Sperrfähigkeit. Er schmilzt durch.
Das Gefährliche daran: Wenn der Chip (MCU) aus Lektion 21 zeitlich ins Stolpern gerät, schaltet er einen MOSFET ein, während der gegenüberliegende durch die Hitze noch gar nicht richtig geschlossen ist. Es entsteht ein direkter Kurzschluss zwischen Plus und Minus. Der Controller stirbt in Millisekunden einen lauten Tod und das Hinterrad blockiert.
Merke: Nicht der fließende Strom grillt deinen Controller bei hoher Drehzahl, sondern die Reibungshitze, die bei jedem einzelnen Schaltvorgang im Bruchteil einer Mikrosekunde entsteht!

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