Schaltungsschutz, verschiedene

Ein Schaltungsschutz ist erforderlich, wenn wechselhafte Bedingungen zur Beschädigung von Geräten führen können und die Sicherheit des Benutzers gewährleistet werden muss. Ein Schaltungsschutz kann bei Elektronikprodukten abhängig von der Anwendung verpflichtend sein. Folgende Geräte bieten einen Schaltungsschutz: Stromkreisunterbrecher, Schalter, Sicherungen, Transformatoren, Strombegrenzer, Überspannungsbegrenzer, Wärmeabschaltungen und Vorrichtungen zum Unterspannungsschutz. Des Weiteren gibt es Geräte, die Spannungsversorgungen isolieren, wenn die Polarität des Gleichstrom-Netzteils versehentlich umgekehrt wird.

Stromkreisunterbrecher werden an den Eingängen der Netzstromversorgung benötigt, um einen Schaltkreis von einer hohen Spannungsquelle zu trennen. Bei Stromkreisunterbrechern kann es sich um manuelle Schalter handeln, oder sie können auf der Basis von Strömen funktionieren. Sie sorgen dafür, dass ein Gerät nicht mehr Leistung zieht, als die Stromquelle liefern kann (wie es bei einer Fehlerbedingung möglich wäre). Durch Spannungsmessungen oder mit Hilfe von Wandlerstromkreisen können auch Leckströme oder das Stromgleichgewicht ermittelt werden. Solche Geräte werden verwendet, um Erdungsfehler zu erkennen.

Trenntrafos isolieren die primärseitige Versorgung durch galvanische Trennung elektrisch von der sekundärseitigen. Galvanische Trennung wird verwendet, um einen direkten Stromfluss zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators zu verhindern. Außerdem sorgt sie dafür, dass der im geschützten Sekundärkreis fließende Strom nicht versehentlich über einen menschlichen Körper zur Erde abfließen kann. Trenntrafos verfügen über eine konstante Nennleistung und eine Trennleistung (gemessen in kV).

Schalter können als Schutzvorrichtungen eine wichtige Rolle spielen. Bei vielen Produkten muss ein Benutzer eine Taste drücken, damit die Maschine den Betrieb aufnimmt und sichergestellt ist, dass sich der Benutzer dann nicht im Gefahrenbereich der Maschine befindet. Sicherheitsschalter sind in Werkstätten eine gängige Lösung, um Maschinen im Notfall schnell ausschalten zu können. Thermische Sicherungen sind in flinken oder trägen Ausführungen verfügbar. Träge Sicherungen brennen nicht so schnell durch, um die kurzzeitigen hohen Einschaltströme auszugleichen, die beim Einschalten mancher Geräte üblicherweise auftreten. Auch rückstellbare Sicherungen sind verfügbar. Üblicherweise wird auf Sicherungen der Strom angegeben, der fließen muss, damit die Sicherung ausgelöst wird.

Für Schaltungen, die eine Begrenzung des Einschaltstroms benötigen, sind NTC-Thermistoren verfügbar. Dies kann für Geräte mit hoher kapazitiver oder induktiver Lastschaltung erforderlich sein und ein verbreitetes Problem beim Einschalten darstellen. Der Widerstand ändert sich dynamisch mit dem Strom, und die Leistung in Verbindung mit den2R-Verlusten des Geräts wird als Wärme abgeleitet. Üblicherweise werden für sie ein maximales Spannungspotential in Reihenschaltungen, eine maximale Leistungsaufnahme und eine Erholungszeit angegeben.

Überspannungsschutzkomponenten sind nicht lineare Geräte, die bis zum Erreichen einer Durchschlagsspannung hohe Impedanzen aufweisen, die dann schlagartig abfallen. Sie werden als Nebenschluss für hohe Spannungsspitzen in Spannungsversorgungen verwendet, die durch eine Vielzahl externer Effekte (z. B. Blitze) verursacht werden können. Üblicherweise handelt es sich hierbei um Metalloxid-Varistoren (MOV). Überspannungsschutzvorrichtungen mit geringerer Leistung werden beispielsweise für freiliegende Anschlüsse von Geräten verwendet, um (durch Shunt-Widerstände) hohe Spannungsspitzen zu unterdrücken, die durch elektrostatische Entladungen verursacht werden. Sie verfügen in der Regel über sehr schnelle Unterbrechungszeiten, die üblicherweise in Pikosekunden gemessen werden. Auf der Technologie von Zener-Dioden basierende Stromklemmen sollen verhindern, dass die Spannung in Stromleitungen oder von Signalen zu hoch wird, was zu einem Latch-up in Halbleitergeräten führen und Schäden verursachen könnte. Wichtig sind solche Überlegungen für Systeme mit Hot-Swapping oder Hot-Plugging. 

Wärmeabschaltungen sind Geräte, die Temperaturen messen und die Stromversorgung unterbrechen, wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird. So kann verhindert werden, dass elektronische Geräte überhitzen. Ein wichtiger Punkt beim Design von Stromversorgungen ist der Schutz eines Schaltkreises vor Unterspannungen. In Stromversorgungen kann es vorkommen, dass die Netzstromversorgung aufgrund einer Fehlerbedingung kurzzeitig unter die Mindestspannung fällt. Tritt dieser Fall ein, können Schaltnetzteile und empfindliche Geräte (z. B. Verdichter) beschädigt werden. Aus diesem Grund kann die Spannung der Netzstromversorgung durch Steuergeräte überwacht werden, die darauf achten, dass sich die Spannung im korrekten Bereich befindet.

Es gibt spezielle MOSFET-Schalter, die mit Gleichstrom-Netzteilen in Reihe geschaltet werden können und eine Verpolung der Versorgungsspannung erkennen und die nachgeschaltete Schaltung trennen. Insbesondere bei der Prototyperstellung oder beim Design von Produkten für Bausätze sollte über einen solchen Schutz nachgedacht werden.

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