Schutzschaltungen
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Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Schutzschaltungen Beispiele Werner Fritsche Entprellung Quellen 21. Mai 2015 Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 1 / 32 Inhaltsverzeichnis Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines 1 Allgemeines Verpolungs - schutz Überspan - nungsschutz Kurzschluss - schutz 2 Beispiele Entprellung 3 Referezen Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 2 / 32 Was ist eine Schutzschaltung? Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz elektrischer Schaltungszusatz (aus verschiedenen elektr. Bauelementen, welche die normalen Betriebsvorgnge nicht beeinflussen) Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 3 / 32 Was ist eine Schutzschaltung? Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen elektrischer Schaltungszusatz (aus verschiedenen elektr. Bauelementen, welche die normalen Betriebsvorgnge nicht beeinflussen) soll Schädigung vollständig verhindern oder entstehende Schäden so gut wie möglich begrenzen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 3 / 32 Was ist eine Schutzschaltung? Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen elektrischer Schaltungszusatz (aus verschiedenen elektr. Bauelementen, welche die normalen Betriebsvorgnge nicht beeinflussen) soll Schädigung vollständig verhindern oder entstehende Schäden so gut wie möglich begrenzen dienen,um Störspannung oder Störströme ableiten zu können Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 3 / 32 Schutzschaltung als Verpolungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Einsatz in der Spannungsversorgung eines Gerätes Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 4 / 32 Schutzschaltung als Verpolungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Einsatz in der Spannungsversorgung eines Gerätes Verhindert: falsche Polarität/ begrenzt den durch Verpolung entstehenden Schaden Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 4 / 32 Schutzschaltung als Verpolungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Einsatz in der Spannungsversorgung eines Gerätes Verhindert: falsche Polarität/ begrenzt den durch Verpolung entstehenden Schaden Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 4 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Diode in Reihe mit Versorgungsspannung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode in Reihe mit Versorgungsspannung ⇒Bei Verpolung sperrt die Diode Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode in Reihe mit Versorgungsspannung ⇒Bei Verpolung sperrt die Diode Verbraucher erhält keinen Strom Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode in Reihe mit Versorgungsspannung ⇒Bei Verpolung sperrt die Diode Verbraucher erhält keinen Strom Vorteil:Verwendung einer Diode Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 1 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode in Reihe mit Versorgungsspannung ⇒Bei Verpolung sperrt die Diode Verbraucher erhält keinen Strom Vorteil:Verwendung einer Diode Nachteil:Verlustleistung, Spannungsabfall, Durchlassstrom der Diode beachten Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 5 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Diode antiparallel zur Versorgungsspannung+Sicherung Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode antiparallel zur Versorgungsspannung+Sicherung ⇒Bei Verpolung schliesst die Diode die Versorgungsspannung kurz Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode antiparallel zur Versorgungsspannung+Sicherung ⇒Bei Verpolung schliesst die Diode die Versorgungsspannung kurz Sicherung springt an und verhindert den echten Kurzschluss/Durchbrennen der Diode Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode antiparallel zur Versorgungsspannung+Sicherung ⇒Bei Verpolung schliesst die Diode die Versorgungsspannung kurz Sicherung springt an und verhindert den echten Kurzschluss/Durchbrennen der Diode Vorteil:Bei exakter Polung hat die Schutzschaltung keinen Einfluss auf den Rest der Schaltung Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Verpolungsschutz mit Diode- Variante 2 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diode antiparallel zur Versorgungsspannung+Sicherung ⇒Bei Verpolung schliesst die Diode die Versorgungsspannung kurz Sicherung springt an und verhindert den echten Kurzschluss/Durchbrennen der Diode Vorteil:Bei exakter Polung hat die Schutzschaltung keinen Einfluss auf den Rest der Schaltung Nachteil:Nach einer Verpolung → Austausch der Sicherung Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 6 / 32 Schutzschaltung als Überspannungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Einsatz: Eingänge von Schaltungen, Netzteile für unterschiedliche Spannungen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 7 / 32 Schutzschaltung als Überspannungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Einsatz: Eingänge von Schaltungen, Netzteile für unterschiedliche Spannungen Zum Schutz: entweder fällt die Spannung am Schutzelement ab oder über das Schutzelement fliesst soviel Strom, dass sich die Spannung verringert Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 7 / 32 Schutzschaltung als Überspannungsschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Einsatz: Eingänge von Schaltungen, Netzteile für unterschiedliche Spannungen Zum Schutz: entweder fällt die Spannung am Schutzelement ab oder über das Schutzelement fliesst soviel Strom, dass sich die Spannung verringert Beispiel: Blitzschutz in Antennenzuleitungen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 7 / 32 Überspannungsschutz- für kleine Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Spannungsregler-ICs: Ausgangsspannung kann nicht ber den Sollwert ansteigen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 8 / 32 Überspannungsschutz- für kleine Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Spannungsregler-ICs: Ausgangsspannung kann nicht ber den Sollwert ansteigen Schaltung ohne Spannungsregler: Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 8 / 32 Überspannungsschutz- für kleine Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Spannungsregler-ICs: Ausgangsspannung kann nicht ber den Sollwert ansteigen Schaltung ohne Spannungsregler:Einsatz einer Sicherung zur Strombegrenzung Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 8 / 32 Überspannungsschutz- für kleine Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spannungsregler-ICs: Ausgangsspannung kann nicht ber den Sollwert ansteigen Schaltung ohne Spannungsregler:Einsatz einer Sicherung zur Strombegrenzung Verwendung von Zenerdiode(Überspannungsschutzdiode) um bei Überspannung viel Strom nach GND fliessen zu lassen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 8 / 32 Überspannungsschutz- für kleine Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spannungsregler-ICs: Ausgangsspannung kann nicht ber den Sollwert ansteigen Schaltung ohne Spannungsregler:Einsatz einer Sicherung zur Strombegrenzung Verwendung von Zenerdiode(Überspannungsschutzdiode) um bei Überspannung viel Strom nach GND fliessen zu lassen Für Signaleingänge: Kombination Serienwiderstand + Diode gegen VCC und GND (ICs) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 8 / 32 Überspannungsschutz- für mittlere Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Zweistufiger Schutz: erste Stufe reduziert anliegende Netzspannung auf einen Wert, damit die zweite Stufe nur noch eine kleine Überspannung abfangen muss Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 9 / 32 Überspannungsschutz- für mittlere Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Zweistufiger Schutz: erste Stufe reduziert anliegende Netzspannung auf einen Wert, damit die zweite Stufe nur noch eine kleine Überspannung abfangen muss Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Falls Spannung zu hoch wird → Zündung eines Thyristors(schliesst die anliegende Spannung kurz) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 9 / 32 Überspannungsschutz- für mittlere Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Zweistufiger Schutz: erste Stufe reduziert anliegende Netzspannung auf einen Wert, damit die zweite Stufe nur noch eine kleine Überspannung abfangen muss Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Falls Spannung zu hoch wird → Zündung eines Thyristors(schliesst die anliegende Spannung kurz) Spannung muss erst entfernt werden bevor die Schaltung wieder funktioniert Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 9 / 32 Überspannungsschutz- für grosse Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Verhindert durch: bauliche Manahmen (Blitzableiter bei Gebäuden, Funkenstrecken bei Auenantennen) Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 10 / 32 Überspannungsschutz- für grosse Spannungsdifferenzen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Verhindert durch: bauliche Manahmen (Blitzableiter bei Gebäuden, Funkenstrecken bei Auenantennen) Schutzschaltungen zum Blitzschutz vierstufig ausgelegt (durch Fachleute installiert) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 10 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen falls Schaltung berührt wird → kurzzeitig hoher Strom, der ungeschützte Schaltung schädigen kann Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen falls Schaltung berührt wird → kurzzeitig hoher Strom, der ungeschützte Schaltung schädigen kann Schutz: z.B.: Dioden von den Eingängen nach GND und VCC (Dioden sperren) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen falls Schaltung berührt wird → kurzzeitig hoher Strom, der ungeschützte Schaltung schädigen kann Schutz: z.B.: Dioden von den Eingängen nach GND und VCC (Dioden sperren) ICs sind vornherein mit einem solchen Schutz bestückt Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen falls Schaltung berührt wird → kurzzeitig hoher Strom, der ungeschützte Schaltung schädigen kann Schutz: z.B.: Dioden von den Eingängen nach GND und VCC (Dioden sperren) ICs sind vornherein mit einem solchen Schutz bestückt Ladung aus ESD → in die Entkoppelkondesatoren zwischen VCC und GND geleitet Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- ESD-Schutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Spezieller Fall: Elektrostatische Entladungen durch Reibung elektrisch aufgeladene Personen, Werkzeuge, Geräte. relativ hohe Spannungen falls Schaltung berührt wird → kurzzeitig hoher Strom, der ungeschützte Schaltung schädigen kann Schutz: z.B.: Dioden von den Eingängen nach GND und VCC (Dioden sperren) ICs sind vornherein mit einem solchen Schutz bestückt Ladung aus ESD → in die Entkoppelkondesatoren zwischen VCC und GND geleitet für stärker gefährdete Eingänge→zusätzlich Varistoren;Zenerdioden Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 11 / 32 Überspannungsschutz- Beispiel- Freilaufdiode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 12 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 13 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Halbleiterdiode parallel zu induktiven Gleichstromverbrauchern(von Speisespannung in Sperrrichtung beansprucht) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 13 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Halbleiterdiode parallel zu induktiven Gleichstromverbrauchern(von Speisespannung in Sperrrichtung beansprucht) Anwendung: Schutz vor Überspannung (Abschalten einer induktiven Gleichspannungslast) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 13 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Halbleiterdiode parallel zu induktiven Gleichstromverbrauchern(von Speisespannung in Sperrrichtung beansprucht) Anwendung: Schutz vor Überspannung (Abschalten einer induktiven Gleichspannungslast) Nach dem Abschalten: Strom fliesst i.d. ursprüngliche Richtung weiter (Grund: Selbstinduktion d. Spule) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 13 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Halbleiterdiode parallel zu induktiven Gleichstromverbrauchern(von Speisespannung in Sperrrichtung beansprucht) Anwendung: Schutz vor Überspannung (Abschalten einer induktiven Gleichspannungslast) Nach dem Abschalten: Strom fliesst i.d. ursprüngliche Richtung weiter (Grund: Selbstinduktion d. Spule) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 13 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 14 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Ohne Freilaufdiode: Spannungsspitze+Betriebsspannung→Schädigung oder Zerstörung d. Schaltstrecke Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 14 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Ohne Freilaufdiode: Spannungsspitze+Betriebsspannung→Schädigung oder Zerstörung d. Schaltstrecke Mit Freilaufdiode: Spannungsspitze begrenzt sich auf die Durchlassspannung d. Diode(Silizium:0.7V) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 14 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Ohne Freilaufdiode: Spannungsspitze+Betriebsspannung→Schädigung oder Zerstörung d. Schaltstrecke Mit Freilaufdiode: Spannungsspitze begrenzt sich auf die Durchlassspannung d. Diode(Silizium:0.7V) ⇒Schutz vor Überspannungen bei elektr. Bauteilen(Transistoren); Schaltkontakte Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 14 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Ohne Freilaufdiode: Spannungsspitze+Betriebsspannung→Schädigung oder Zerstörung d. Schaltstrecke Mit Freilaufdiode: Spannungsspitze begrenzt sich auf die Durchlassspannung d. Diode(Silizium:0.7V) ⇒Schutz vor Überspannungen bei elektr. Bauteilen(Transistoren); Schaltkontakte Strom fliesst über die Diode; Energie des Magnetfeldes wird (im ohm. Widerstand der Spule und in d. Diode) in Wärme umgewandelt Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 14 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 15 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diodensperrspannung u. Sperrspannung des Schaltelements: Nur so hoch wie die Schaltspannung(12V) bemessen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 15 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diodensperrspannung u. Sperrspannung des Schaltelements: Nur so hoch wie die Schaltspannung(12V) bemessen Zulässiger Spitzenstrom der Diode muss dem Strom an der Induktivität zum Zeitpkt. des Abschaltens entsprechen. Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 15 / 32 Freilaufdiode-flyback diode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Diodensperrspannung u. Sperrspannung des Schaltelements: Nur so hoch wie die Schaltspannung(12V) bemessen Zulässiger Spitzenstrom der Diode muss dem Strom an der Induktivität zum Zeitpkt. des Abschaltens entsprechen. Abschaltverzögerung verkürzen indem man der gr. Fläche mehr Höhe zugesteht Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 15 / 32 Freilaufdiode Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 16 / 32 Schutzschaltung als Kurzschlussschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Einsatz: Ausgang von Spannungsquellen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 17 / 32 Schutzschaltung als Kurzschlussschutz Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Einsatz: Ausgang von Spannungsquellen Verhindert: Schädigung der Spannungsquelle Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 17 / 32 Kurzschlutzschutz-Für kleine Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Controller- Ausgänge Ausgänge vieler µControllerundCMOS − Logikschaltungen kurzzeitig kurzschlussfest, weil nur ein (intern) begrenzter Strom fliessen kann Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 18 / 32 Kurzschlutzschutz-Für kleine Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen z.B.: Controller- Ausgänge Ausgänge vieler µControllerundCMOS − Logikschaltungen kurzzeitig kurzschlussfest, weil nur ein (intern) begrenzter Strom fliessen kann Schutz: sofern es die Schaltung erlaubt→Serienwiderstand am Ausgang(dient zur Strombegrenzung) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 18 / 32 Kurzschlutzschutz-Für mittlere Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz z.B.: Netzteile kleine Transformatoren bis etwa 2VA durch den relativ hohen Widerstand der Windungen kurzschlussfest Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 19 / 32 Kurzschlutzschutz-Für mittlere Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Netzteile kleine Transformatoren bis etwa 2VA durch den relativ hohen Widerstand der Windungen kurzschlussfest Schutz:Übertemperatursicherung(im Trafogehäuse); Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 19 / 32 Kurzschlutzschutz-Für mittlere Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Netzteile kleine Transformatoren bis etwa 2VA durch den relativ hohen Widerstand der Windungen kurzschlussfest Schutz:Übertemperatursicherung(im Trafogehäuse);Schmelzsicherungen (für Spannungen) Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 19 / 32 Kurzschlutzschutz-Für mittlere Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen z.B.: Netzteile kleine Transformatoren bis etwa 2VA durch den relativ hohen Widerstand der Windungen kurzschlussfest Schutz:Übertemperatursicherung(im Trafogehäuse);Schmelzsicherungen (für Spannungen) Labornetze:zusätzlich den maximalen Strom elektronisch begrenzen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 19 / 32 Kurzschlutzschutz-Für mittlere Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen z.B.: Netzteile kleine Transformatoren bis etwa 2VA durch den relativ hohen Widerstand der Windungen kurzschlussfest Schutz:Übertemperatursicherung(im Trafogehäuse);Schmelzsicherungen (für Spannungen) Labornetze:zusätzlich den maximalen Strom elektronisch begrenzen Akkus: Kurzschlussschutz(z.B.: Schmelzsicherung) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 19 / 32 Kurzschlutzschutz-Für groe Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz z.B.: Netzspannung in Netzteilen Schutz: Schmelzsicherungen (falls Primärseite des Trafo durchbrennen sollte) Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 20 / 32 Kurzschlutzschutz-Für groe Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Netzspannung in Netzteilen Schutz: Schmelzsicherungen (falls Primärseite des Trafo durchbrennen sollte) Dimensionierung: eingebaute Sicherung sollte bei einem Kurzschluss immer zuerst ansprechen Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 20 / 32 Kurzschlutzschutz-Für groe Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Netzspannung in Netzteilen Schutz: Schmelzsicherungen (falls Primärseite des Trafo durchbrennen sollte) Dimensionierung: eingebaute Sicherung sollte bei einem Kurzschluss immer zuerst ansprechen Quellen Bei Netzinstallationen: elektromechanisch ausgeführt(Sicherungsautomat, Selektive Leitungsschutzschalter-SLS) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 20 / 32 Kurzschlutzschutz-Für groe Leistungen Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung z.B.: Netzspannung in Netzteilen Schutz: Schmelzsicherungen (falls Primärseite des Trafo durchbrennen sollte) Dimensionierung: eingebaute Sicherung sollte bei einem Kurzschluss immer zuerst ansprechen Quellen Bei Netzinstallationen: elektromechanisch ausgeführt(Sicherungsautomat, Selektive Leitungsschutzschalter-SLS) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 20 / 32 Entprellung-Allgemein Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Mechanische Schalter neigen beim Ein- und Ausschalten zum sogenannten Prellen d.h. sie schalten schnell mehrfach aus und ein Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 21 / 32 Entprellung-Allgemein Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Mechanische Schalter neigen beim Ein- und Ausschalten zum sogenannten Prellen d.h. sie schalten schnell mehrfach aus und ein verursacht durch mechanische Vibrationen des Schaltkontaktes(sofern sie nicht dagegen geschützt sind) Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 21 / 32 Entprellung-Allgemein Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Mechanische Schalter neigen beim Ein- und Ausschalten zum sogenannten Prellen d.h. sie schalten schnell mehrfach aus und ein verursacht durch mechanische Vibrationen des Schaltkontaktes(sofern sie nicht dagegen geschützt sind) Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 21 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Abbildung: Beispiel Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 22 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Funktionsweis: Beim Umschalten: Kondensator sofort umgeladen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 23 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Funktionsweis: Beim Umschalten: Kondensator sofort umgeladen Während d. Kontakt prellt, befindet er sich i. d. Luft und hat keinerlei Verbindung Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 23 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Funktionsweis: Beim Umschalten: Kondensator sofort umgeladen Während d. Kontakt prellt, befindet er sich i. d. Luft und hat keinerlei Verbindung→ Während dieser Zeit übernimmt der Kondensator das halten des Pegels Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 23 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Stromspitzen verringern→ Widerstand einfügen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 24 / 32 Entprellung mit Kondensator Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Stromspitzen verringern→ Widerstand einfügen bei niedriegeren Widerständen sind die Stromspitzen höher Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 24 / 32 Entprellung Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Einfacher Taster(Single Throw Switch): Einfache Taster entprellen: RC-TP einsetzen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 25 / 32 Entprellung Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Einfacher Taster(Single Throw Switch): Einfache Taster entprellen: RC-TP einsetzen→ Kondensator je nach Schalterstellung auf oder entladen Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 25 / 32 Entprellung Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Einfacher Taster(Single Throw Switch): Einfache Taster entprellen: RC-TP einsetzen→ Kondensator je nach Schalterstellung auf oder entladen→RC- Glied bildet einen TP, sodass d. Spannung über den Kondensator nicht von einen Pegel zum anderen springen kann Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 25 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Abbildung: Einfacher Taster Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 26 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 27 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Schalter geöffnet: Kondensator lädt sich langsam über beide Widerstände (R1 undR2 ) auf Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 27 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Schalter geöffnet: Kondensator lädt sich langsam über beide Widerstände (R1 undR2 ) auf Beim erreichen der Umschaltschwelle springt d. Ausgang auf den Pegel 0 Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 27 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Schalter geöffnet: Kondensator lädt sich langsam über beide Widerstände (R1 undR2 ) auf Beim erreichen der Umschaltschwelle springt d. Ausgang auf den Pegel 0 Schalter geschlossen: Kondensator entlädt sich langsam úber den Widerstand R2 Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 27 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 28 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Während d. Taster prellt kann sich d. Spannung über dem Kondensator nicht sprunghaft ändern Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 28 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Während d. Taster prellt kann sich d. Spannung über dem Kondensator nicht sprunghaft ändern→da Auf- und Entladung langsam Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 28 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Während d. Taster prellt kann sich d. Spannung über dem Kondensator nicht sprunghaft ändern→da Auf- und Entladung langsam Schaltschwellen f. den Übergang LOW→HIGH und HIGH→LOW stark verschieden (siehe Schmitt- Trigger) Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 28 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Während d. Taster prellt kann sich d. Spannung über dem Kondensator nicht sprunghaft ändern→da Auf- und Entladung langsam Schaltschwellen f. den Übergang LOW→HIGH und HIGH→LOW stark verschieden (siehe Schmitt- Trigger) ⇒ Bei richtiger Dimensionierung der Bauelemente wird der Ausgang d. Inverters prellfrei Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 28 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Abbildung: Entstehender Spanungsverlauf Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 29 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 30 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Zu Beachten: Inverter mit Schmitt- Trigger- Eingängen Beispiele Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 30 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Zu Beachten: Inverter mit Schmitt- Trigger- Eingängen→weil bei Standard- Logikeingängen im Bereich von üblicherweise 0,8V-2,0V der Ausgang nicht definiert ist Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 30 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Zu Beachten: Inverter mit Schmitt- Trigger- Eingängen→weil bei Standard- Logikeingängen im Bereich von üblicherweise 0,8V-2,0V der Ausgang nicht definiert ist Beim erreichen der Umschaltschwelle springt d. Ausgang auf den Pegel 0 Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 30 / 32 Einfacher Taster(Single Throw Switch) Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung Quellen Zu Beachten: Inverter mit Schmitt- Trigger- Eingängen→weil bei Standard- Logikeingängen im Bereich von üblicherweise 0,8V-2,0V der Ausgang nicht definiert ist Beim erreichen der Umschaltschwelle springt d. Ausgang auf den Pegel 0 Schalter geschlossen: Kondensator entlädt sich langsam über den Widerstand R2 Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 30 / 32 Quellen & Literatur Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Entprellung http://www.mikrocontroller.net/articles/Entprellung http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Schutzschaltungen Halbleiter-Schaltungstechnik-Tietze- Schenk Wikipedia Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 31 / 32 Schutzschaltungen Werner Fritsche Allgemeines Verpolungs schutz Überspan nungsschutz Kurzschluss schutz Beispiele Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit Entprellung Quellen Werner Fritsche Schutzschaltungen 21. Mai 2015 32 / 32
