Kleinspannungsanwendungen
GED entwickelt „Elektronisches Hochstromrelais“ für 150 bis 1.200 A
Zuverlässig hohe Ströme zu schalten, auch wenn hochenergetische Rückstromeffekte entstehen: Diese besondere Anforderung stellen induktive Netzwerke bei Motoren, Generatoren und Batteriesystemen an Hochstromrelais. Genau für diesen Einsatzzweck hat GED als Bestandteil des GHC-Systembaukastens ein Bauteil auf Basis einer Transistorschaltung entwickelt.
Intelligentes und verlustarmes Schalten ist in allen Bereichen der elektrischen Antriebe und Umwelttechnologien ein hochaktuelles Thema. Das Schalten von Strömen im Bereich von 100 bis über 1.000 A mit konventionellen elektromechanischen Schaltelementen hat eine Reihe von Nachteilen, gerade auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit in mobilen Anwendungen und der Lebensdauer. Zudem haben entsprechende Relais eine sehr große Baugröße und sind entsprechend teuer. Aktuell werden kontaktlose Schalttechniken mit MOSFET-Transitoren oder IGBT bevorzugt. Sie bringen jedoch andere Phänomene mit, die bislang nur schwer zu beherrschen sind. Beim Schalten größerer Ströme über MOSFET-Schalter stehen dem Entwickler üblicherweise zwei unterschiedliche Varianten zur Verfügung.
Variante 1: Stromfluss über niederohmigen Source-Drain
In Variante 1 fließt der Strom bei eingeschaltetem FET über die niederohmige Source-Drain-Strecke des MOSFET. Das Problem: Wenn die Generatorspannung größer ist als die kleinste Batteriespannung, dann fließt ein Strom über die im MOSFET vorhandene Body-Diode. Dieser Strom ist unabhängig von der Steuerspannung am MOSFET. Damit ist dieser Strom nicht steuerbar, der MOSFET lässt sich nicht mehr ausschalten. Ein Ausschalten des MOSFETs verschärft die Situation, der Strom fließt dann nur über die Body-Diode und nicht über die Source-Drain-Strecke. Damit ist eine Überlastung vorprogrammiert.
Variante 2: gedrehter MosFET
Bei Variante 2 ist der MOSFET gedreht, die Body-Diode sperrt. Das Problem hier: Wenn die Spannung im Lastkreis größer ist als die Spannung im Generatorkreis, weil der Generator an den anderen Lastkreis geschaltet ist, wird die Durchflussspannung der Body-Diode erreicht. Es fließt ein Rückstrom über den MOSFET vom Lastkreis in den Generatorkreis. Besonders bei Energiespeichern (Akkus) im Lastkreis können große Rückströme fließen und das schaltende Bauteil zerstören.Beim Schalten mit herkömmlichen elektromechanischen Relais tritt dies nicht auf, hier ist eine Trennung bei ausgeschaltetem Kontakt in beide Stromrichtungen gewährleistet.
NEU: GED-Modul verbindet Vorteile des elektromechanischen Relais mit denen moderner Elektronik
GED hat aktuell ein Modul entwickelt, dass die Vorteile des elektromechanischen Relais mit den Vorteilen moderner Elektronik verbindet. Das Modul besteht aus einem Halbleiterschalter, der den Stromfluss in beiden Richtungen sicher trennt – gepaart mit einer intelligenten Schutzbeschaltung, die das Modul vor Überlastungen durch zu hohe Spannungen oder zu hohe Ströme schützt. Rückströme, wie sie bei Batteriesystemen zu Problemen führen können, treten durch die Trennung in beiden Stromrichtungen nicht mehr auf. Das Modul bleibt unter allen Umständen schaltbar. Dabei ist der Übergangswiderstand im eingeschalteten Zustand durch Einsatz modernster Transistoren erfreulich niedrig. Zusätzlich ist das Modul gegen Überspannungen, Überlastung, zu hohe Temperaturen und gegen die sehr gefährlichen, sogenannten „Load dump-Effekte“ geschützt. Die Elektronik ist auf der GED Hochstrom Leiterplatte (GHC) realisiert und auch für den erweiterten Temperaturbereich konzipiert. Die Ansteuerung kann über einfache Beschaltung oder auch entsprechend intelligent über einen Microcontroller erfolgen.