Warum entsteht in den winzigen Sperrschichten von MOSFET kein Lichtbogen, wenn ich damit z.B. 50V bei 20A abschalte? Bei Schaltern kann so ein Lichtbogen ja mehr als einen Millimeter erreichen.
Wenn du eine Induktive Last abschaltest, versucht der Strom genauso weiterzufließen, wie bei einem mechanischen Kontakt. Ob der MOSFET die dabei entstehende Überspannung verträgt, hängt von der Induktivität, dem Strom, der Bauweise des MOSFETs und der Schutzbeschaltung ab. Bei Luft als Isolator ist es ja so, dass du in dem Moment wo der Kontakt geöffnet wird, nur einen minimalen Abstand hast, der sehr leicht zu überbrücken ist. Ist die Luft einmal Ionisiert, kann der Strom bis zu einer bestimmten Öffnungsweite weiterfließen. Beim Mosfet ist keine Luft vorhanden, die Ionisiert werden kann.
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Die Sache mit der Freilaufdiode ist mir bekannt, aber auch mit Freilaufdiode bekomme man an Schalt-Kontakten Funken (wenn auch viel kleinere). Matthias F. schrieb: > Beim Mosfet ist keine Luft > vorhanden, die Ionisiert werden kann. Ah, das ist wohl der Hauptgrund. Danke.
Bei einem gesperrten FET tritt ab einer bestimmten Sperrspannung ein Avalanche-Durchbruch durch die hohen elektrischen Feldstärken ein. Bestimmte avalanche-rated FETs können beträchtliche Energiemengen aus induktiven Abschaltvorgängen aufnehmen (verheizen), bei Überschreitung der Grenzwerte wird der PN-Übergang zerstört, wahrscheinlich aufgrund von lokaler Überhitzung.
Weil ein Mosfet ein kontaktloser Schalter ist. Nur bei Kontakten entstehen Abrissfunken weil der entstandene Spannungsimpuls die Luftstrecke brücken will. Dies versucht er in dem die Luft(Gas/e) ionisiert und so der Stromfluss aufrechterhalten wird bis das Magnetfeld und damit der Spannungsimpuls, abgebaut sind...
> kein Lichtbogen
Das ist nur eine Frage von gaaanz viel Strom!
Bei einigen kA wird da schon das Plasma entweichen!
Eine Kombination aus Avelanche/Lawinen Durchbruch und vorhandensein ionisierter beweglicher Ladungsträger. Avelanche Durchbruch: Die Ladungsträger (im Halbleiter hier relevant die Elektronen) müssen über eine freie Wegstrecke ungehindert beschleunigen, um genug Energie aufzubauen. Haben sie ausreichend Energie, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie bei dem nächsten Zusammenstoß mit einem Atom dieses ionisieren (ein oder mehr Elektronen rausschlagen und einen ionisierten Rumpf hinterlassen). Diese Ladungsträger werden wieder beschleunigt (dieses Mal doppelt so viele Elektronen), stoßen an, usw. Maßgeblich ist die ausreichend lange freie Wegstrecke, die Elektronen im Schnitt ohne Zusammenstoß zurück legen. In der dünnen Luft ist diese groß, mit der Folge, dass die im Feld beschleunigten Elektronen viel Energie aufbauen. Durchbruchfeldstärke ca. 1kV/cm Im dicht gepackten Silizium Kristallgitter ist die freie Weglänge sehr gering, weshalb es sehr viel höhere Feldstärke braucht, um Avelanche Durchbruch zu erreichen. Wenn mich mein Gedächtnis nicht im Stich lässt, reden wir hier von 10MV/cm. Punkt 2 ist dann die Leitung mit den vorhandenen ionisierten Ladungsträgern. Der ionisierte Kanal ist niederohmig. Ein durchgebrochener Mosfet hört von sich aus nicht auf zu leiten. Nur durch zusätzliche Maßnahmen, wie Sicherungen wird der Strom im Avelanche Durchbruch unterbrochen. Beim mechanischen Schalter ist der bereit ionisierte Kanal niederohmig. Wenn ich die Kontakte weiter auseinander bewege, liegt die Komplette Feldstärke über der Wegdifferenz, die damit auch gleich durchbricht, und der Kanal einfach länger wird. Deswegen lassen sich "Funken lang ziehen". Irgendwann bläst z.B. bei den Schaltern im Umspannwerk der Wind den Kanal weg, bzw. die Luftbewegung durch den heißen Kanal.
Elias K. schrieb: > Ein > durchgebrochener Mosfet hört von sich aus nicht auf zu leiten. Er hört auf zu leiten sobald die Drain-Source-Spannung unter die Durchbruchsspannung fällt.
Stefan K. schrieb: > Er hört auf zu leiten sobald die Drain-Source-Spannung unter die > Durchbruchsspannung fällt. Ja, physikalisch hast du Recht. Danke für den Hinweis. Das ist so vor allem für nicht zerstörende Durchbrüche richtig. Bei zerstörenden Durchbruch würde ich das so pauschal nicht sagen. Praktisch ist das für Mosfets als Schalter idR ein zerstörender Durchbruch, der entweder endet, weil sich der Mosfet mitsamt Kanal explosiv in Magic Smoke auflöst, oder externe Komponenten den Strom durch den Mosfet unterbrechen. Nachtrag: Ein Mosfets als Schalter wird in der Regel so dimensioniert, dass kein Avelanche Durchbruch eintritt! Wir reden beim Mosfets also von Fehlerfall, da im Normalbetrieb die Feldstärke zu klein für die entsprechenden freie Weglänge ist. Anders beim mechanischen Schalter, bei dem sich ein Funke mitunter nicht verhindern lässt und Teil des üblichen Betrieb ist.
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Lichtbögen sind ionosierte Gase (i.d.R. Luft). Die fehlen allerdings in den hermetisch geschlossenen Halbleitergehäusen.
Elias K. schrieb: > Nachtrag: Ein Mosfets als Schalter wird in der Regel so dimensioniert, > dass kein Avelanche Durchbruch eintritt! Noch einer: es gibt durchaus Mosfets, für die im Datenblatt eine bestimmte Avalanche-Energie spezifiziert ist. - Beitrag "[Mosfet] Verständnisfrage zu Kennwert "Avalanche Energy"" - https://www.homemade-circuits.com/understanding-mosfet-avalanche-rating-testing-and-protection/ - https://www.analog-praxis.de/mosfet-datenblaetter-richtig-lesen-uis-und-avalanche-festigkeit-teil-1-a-769876/ - https://www.vishay.com/docs/90160/an1005.pdf - https://toshiba.semicon-storage.com/info/application_note_en_20180726_AKX00070.pdf
Stefan F. schrieb: > Warum entsteht in den winzigen Sperrschichten von MOSFET kein > Lichtbogen, wenn ich damit z.B. 50V bei 20A abschalte? Bei Schaltern > kann so ein Lichtbogen ja mehr als einen Millimeter erreichen. Weil der nicht angesteuerte Halbleiter-Kanal ein Isolator ist. Es gibt ja auch keinen Lichtbogen im Folienkondensator oder Elko, wenn dessen Platten auf 50V aufgeladen wurden, obwohl die 50V nur Mikrometer nebeneinander liegen, es ist halt eine Isolatorfolie dazwischen - die bei 1000V genau so durchschlagen wird wie der gesperrte MOSFET Kanal.
15 Leute gaben dem TO ein Minus, obwohl die Frage alles andere als blöd ist. Klar, aus sicht eine E-Technikers stellt sie sich gar nicht, aber aus Sicht eines elektrotechnisch interessierten sind solche Gedanken nachvollziehbar und klingen erstmal plausibel. Wir, die sich hier an einem Forum beteiligen, sind hier, um anderen zu helfen. Auch, wenn die Frage erstmal blöd klingt. Wir fördern hier aktiv Nachwuchs und wenn ich in meinem Leben bisher eines verstanden habe, dann dass man Nachwuchs nur dann fördern kann, wenn man auch augenscheinlich unsinnige Fragen beantwortet. Wir sind hier keine Elite, sonden eine Gruppe gleichgesinnter und nicht jeder kann auf dem gleichen Wissenstand sein. Wem die Frage nicht passt, hat - anders als im echten Leben - die Möglichkeit, einfach weiterzugehen. Keiner muss stehenbleiben. Ich war als Kind mal am Tag der offenen Tür beim lokalen Modellflug-Club und war ziemlich begeistert von dem Thema. Ich stellte so einem alten Hasen ein paar Fragen und dann war für mich auch ganz schnell klar, dass dies der letzte Verein wäre, in den ich eintreten würde. Ebendieser Verein (wie viele andere gleichartige) haben nicht verstanden, dass die nervigen Kinder von Heute die Mitglieder von morgen sind. Der Verein ist am darben, kurz vor der Auflösung. Abgesehen davon, dass sich zwei drei Mitglieder mal am Wochenende zum Fliegen treffen, ist dort nicht mehr viel los. Das mal als kleine Anekdote dazu, warum (außer bei offensichtlichem Getrolle) die Blödheit der Frage oftmals von der Attitüde des Befragten abhängt.
Michael B. schrieb: > Weil der nicht angesteuerte Halbleiter-Kanal ein Isolator ist. Es gibt keine digitalen Halbleiter. Bis er vollständig sperrt, ist er immernoch ein Leiter - wenn auch ein zunehmend schlechter. Die richtige Lösung wurde oben ja schon genannt. Und das, was als Lichtbogen beim Schalter verheizt wird, verheizt der Mosfet in einer anderen Weise an seinem dynamischen Widerstand.
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