{"id":40727,"date":"2022-05-03T17:53:00","date_gmt":"2022-05-03T22:53:00","guid":{"rendered":"https:\/\/flex.com\/resources\/powering-gate-drives-efficiently"},"modified":"2026-03-18T17:06:24","modified_gmt":"2026-03-18T22:06:24","slug":"powering-gate-drives-efficiently","status":"publish","type":"resource","link":"https:\/\/flex.com\/de\/resources\/powering-gate-drives-efficiently","title":{"rendered":"Effiziente Stromversorgung von Torantrieben"},"content":{"rendered":"
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\n\t\t\tFlex<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tRessourcen<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tEffiziente Stromversorgung von Torantrieben<\/a>\n\t\t<\/div>\n\t\t

Effiziente Stromversorgung von Torantrieben<\/h1>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\tVer\u00f6ffentlicht am
\n\t\t\t\t3. Mai 2022\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tBlog<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistung<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistungsmodule<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Die Anforderungen an Torantriebe sind vielf\u00e4ltig.<\/h2>\n\n\n\n

IGBTs und MOSFETs gelten als einfach spannungsgesteuert, w\u00e4hrend GaN-Zellen zwar mit einer Schwellenspannung eingeschaltet, aber durch einen kleinen Strom in ihre parasit\u00e4re Gate-Source-Diode bei einer h\u00f6heren Spannung im eingeschalteten Zustand gehalten werden \u2013 doch die Realit\u00e4t ist komplexer. Alle Bauelemente haben eine maximale Spannung, ab der es zu Belastungen und einem m\u00f6glichen Ausfall kommt. Der Spielraum zwischen der idealen Durchlassspannung und dem absoluten Maximum ist oft gering. Siliziumkarbid-MOSFETs leiten bereits bei wenigen Volt am Gate, ben\u00f6tigen aber etwa 18 V f\u00fcr die volle Verst\u00e4rkung, wobei das absolute Maximum manchmal nur 23 V betr\u00e4gt. IGBTs und Si-MOSFETs sind toleranter, mit typischerweise mehr als 10 V zwischen Betriebs- und maximaler Gate-Spannung. GaN-Zellen ben\u00f6tigen einen Source-Strom, der streng auf wenige mA begrenzt ist und typischerweise bei etwa 7 V abgeschaltet wird.<\/p>\n\n\n\n

Die Sperrspannungen variieren ebenfalls; alle Ger\u00e4tetypen sind nominell bei V abgeschaltet.GS<\/sub>Bei einem Wert von =0 werden sie h\u00e4ufig negativ angesteuert, um den Effekt der Miller-Kapazit\u00e4t auszugleichen, die beim Abschalten des Bauelements mit hoher Spannungs\u00e4nderungsgeschwindigkeit (dV\/dt) Strom in das Gate einspeist und so das Gate positiv zieht. Eine negative Ansteuerung wirkt au\u00dferdem der Wirkung einer m\u00f6glichen gemeinsamen Induktivit\u00e4t in den Gate- und Source\/Emitter-Anschl\u00fcssen entgegen, die eine kurzzeitige positive Gate-Spannung mit hoher Abschaltspannung (di\/dt) verursachen k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n

Die Gate-Treiberleistung variiert stark \u2013 die gr\u00f6\u00dften IGBTs ben\u00f6tigen aufgrund ihrer hohen Gate-Ladung \u00fcber 10 W, w\u00e4hrend der Wert bei GaN-Zellen im mW-Bereich liegt. Er h\u00e4ngt von der Schaltfrequenz und der gesamten Gate-Spitzenspannung ab und liegt in der Praxis typischerweise zwischen 0,5 und 2 W f\u00fcr IGBTs und MOSFETs. Die Spitzenstr\u00f6me an den Schaltflanken k\u00f6nnen bei gro\u00dfen Bauelementen ebenfalls Ampere erreichen. Gate-Treiber m\u00fcssen daher ihre Ausgangsleistung pr\u00e4zise steuern, um minimale Leitungsverluste zu gew\u00e4hrleisten und Belastungen sowie daraus resultierende Zuverl\u00e4ssigkeitseinbu\u00dfen zu vermeiden. Sie ben\u00f6tigen eine hohe Spitzenstrombelastbarkeit und eine signifikante Dauerleistungsbelastbarkeit und m\u00fcssen mit kontrollierten PWM-dV\/dt-Raten arbeiten, um den besten Kompromiss zwischen Effizienz und EMV zu erzielen. Au\u00dferdem sollten sie \u00fcber eine Unterspannungsabschaltung und eine Form der Lastfehlererkennung mit schneller Abschaltung verf\u00fcgen.<\/p>\n\n\n\n

Die Stromschienen des Treibers sind von entscheidender Bedeutung.<\/h2>\n\n\n\n

Ein wesentlicher Bestandteil eines leistungsstarken Gate-Treibers ist die Bereitstellung seiner Versorgungsspannungen, die die Gate-Spannungspegel festlegen. Da die ben\u00f6tigten Spannungen, wie z. B. +15 V\/-5 V, nicht den Systemstandards entsprechen, wird ein lokaler DC\/DC-Wandler verwendet, der von einer verf\u00fcgbaren Versorgungsspannung, typischerweise 12 V oder 24 V, gespeist wird. Der DC\/DC-Wandler ist aus mehreren Gr\u00fcnden \u00fcblicherweise isoliert: Er trennt die Str\u00f6me von Treiber und Lastmasse, Gate-Treiber sind oft \u2018High-Side\u2019-Treiber mit einem Offset von 0 V, und in vielen Anwendungen ist eine beh\u00f6rdlich vorgeschriebene Sicherheitsisolation zwischen der geschalteten Lastspannung und der Steuerelektronik erforderlich. Abbildung 1<\/strong> zeigt die Elemente einer typischen, voll ausgestatteten isolierten Gate-Treiberschaltung und ihrer Stromversorgung.<\/p>\n\n\n\n

\"Bild<\/figure>\n\n\n\n

Abbildung 1: Ein isolierter Gate-Treiber und eine Stromversorgung, hier dargestellt mit f\u00fcr einen SiC-MOSFET typischen Versorgungsspannungen.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Eine niedrige Treiberisolationskapazit\u00e4t ist unerl\u00e4sslich.<\/h2>\n\n\n\n

Bei der High-Side-Ansteuerung ist die Masse des DC\/DC-Wandlers und des Treiberausgangs der Hauptschaltknoten des Wandlers. Hier kann eine Hochspannungswellenform mit Frequenzen von mehreren zehn oder hundert kHz und Anstiegsgeschwindigkeiten von bis zu 100 kV\/\u00b5s anliegen, bei Verwendung von GaN m\u00f6glicherweise sogar noch h\u00f6her. Diese Wellenform liegt effektiv an den Isolationsbarrieren f\u00fcr Treibersignal und -leistung an, belastet die Isolation und injiziert einen signifikanten Verschiebungsstrom durch die Barrierenkapazit\u00e4t. Beispielsweise w\u00fcrden bereits moderate 10 kV\/\u00b5s 200 mA durch nur 20 pF flie\u00dfen lassen. Der Strom nimmt dann einen unbestimmten Weg zur\u00fcck zu seiner Quelle \u00fcber die Steuerelektronik und kann dadurch elektromagnetische St\u00f6rungen (EMI), chaotischen Betrieb und sogar den Ausfall der Isolation oder anderer Komponenten verursachen.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Antriebsleistung der Tore ist eine modulare L\u00f6sung verf\u00fcgbar.<\/h2>\n\n\n\n

Der Bedarf an DC\/DC-Wandlern, die speziell f\u00fcr die Ansteuerleistung von Gates entwickelt wurden, wurde durch Module wie beispielsweise die PUC-2BG<\/a> Das Sortiment umfasst Flex-Leistungsmodule. Es handelt sich um 2-W-Bauteile im SIP-7-Durchsteckbauweise mit branchen\u00fcblicher Pinbelegung. Die Produkte bieten eine Reihe fester Eingangs- und Ausgangskombinationen und eignen sich f\u00fcr IGBTs, Si- und SiC-MOSFETs und sogar GaN-Zellen mit zus\u00e4tzlicher Spannungs- und Stromregelung.Abbildung 2<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n

\"PUC\"<\/figure>\n\n\n\n

Abbildung 2: Die PUC-2BG<\/a> Angebot an Gate-Treiber-DC\/DC-Wandlern aus Flex-Leistungsmodulen f\u00fcr SiC\/GaN\/IGBT-Anwendungen<\/em><\/p>\n\n\n

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Eine Besonderheit der Bauteile ist ihre geringe Isolationskapazit\u00e4t von maximal 6,8 pF und minimal 4,4 pF. Die beh\u00f6rdlich gepr\u00fcfte Sicherheitsisolation erf\u00fcllt die Anforderungen der Norm IEC\/EN\/UL 62368-1 f\u00fcr verst\u00e4rkte Isolation bei Systemspannungen von 250 Vrms. Die Hochspannungspr\u00fcfung erfolgt mit einer Spannung von 6,2 kVDC.<\/p>\n\n\n\n

Die Bauteile sind robust und f\u00fcr Temperaturen bis 85 \u00b0C ohne Leistungsreduzierung ausgelegt; der Betrieb ist bis maximal 100 \u00b0C m\u00f6glich. Ein Kurzschlussschutz ist integriert, und die Ausg\u00e4nge bleiben auch bei Leerlauf innerhalb der spezifizierten Werte. Dies ist wichtig, um transiente Gate-\u00dcberspannungen beim Einschalten oder nach dem Standby-Betrieb zu vermeiden, wenn die ben\u00f6tigte Gate-Leistung nahezu null ist und die DC\/DC-Ausgangsspannung andernfalls ansteigen k\u00f6nnte. Mit einem typischen Wirkungsgrad von 811 T\/34 \u00b5F und einer mittleren Betriebsdauer zwischen Ausf\u00e4llen (MTBF) von 13 Millionen Stunden ist das Bauteil k\u00fchl, zuverl\u00e4ssig und wartungsarm.<\/p>\n\n\n\t\t<\/div>\n\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Auswahlhilfe\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tBrosch\u00fcre\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tAuswahlhilfe f\u00fcr Flex-Leistungsmodule\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"DC\/DC-Wandler\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tBrosch\u00fcre\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tDC\/DC-Wandler f\u00fcr Anwendungen der k\u00fcnstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Anord\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tL\u00f6sungs\u00fcbersicht\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tKritische Stromversorgungsl\u00f6sungen f\u00fcr eine zuverl\u00e4ssige, energieeffiziente Versorgung vom Netz bis zum Rack\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div>\n\n
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Die Werbung f\u00fcr Halbleiter-Schalttechnologien ist ein Dschungel an Versprechungen hinsichtlich h\u00f6chster Effizienz und Kosteneffektivit\u00e4t. Jede Technologie hat ihre Berechtigung, vom einfachen IGBT \u00fcber Silizium- und Siliziumkarbid-MOSFETs bis hin zu GaN-HEMT-Zellen. Je nach Entwicklungsplan, Anwendung und Budget kann jede Technologie hervorragende Ergebnisse liefern. Dies gilt insbesondere f\u00fcr die Gate-Ansteuerung, die f\u00fcr optimale Leistung \u2013 sowohl hinsichtlich Verlusten als auch Zuverl\u00e4ssigkeit \u2013 bei allen Ger\u00e4tetypen entscheidend ist.<\/p>","protected":false},"author":18,"featured_media":5038,"template":"","categories":[43,97],"tags":[276],"content-type":[13],"class_list":["post-40727","resource","type-resource","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-power","category-power-modules","tag-puc-bg","content-type-blog"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40727","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource"}],"about":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/resource"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40727\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":40792,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40727\/revisions\/40792"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5038"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=40727"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=40727"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=40727"},{"taxonomy":"content-type","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/content-type?post=40727"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}