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Vorberichte electronica 2010
halle b3.225
Weiße Ware
Koordinierter Schaltungsschutz
für elektronische Komponenten
rücksetzbare Schaltungsschutzbauteile können für Übertemperatur-, Überstrom- und Überspannungsschutz in
elektromotoren und -gebläsen, Steuerungen, touchpads, anzeigen und Schnittstellenschaltkreisen anspruchsvoller
Geräten eingesetzt werden.
Motoren, Steuerungen und elektronische
Komponenten in Haushalts- und Industriegeräten können von der Verwendung
koordinierter Schaltungsschutzbauteile
profitieren. PPTC-Überstromschutz-Bauelemente (PPTC = polymerer positiver
Temperaturkoeffizient) haben einen geringen Durchgangswiderstand und sind
mit Sicherungslösungen kompatibel. Wie
herkömmliche Sicherungsmodelle auch,
grenzen sie den, durch Fehlerzustände
bedingten, Fluss gefährlich hoher Ströme
˘ aUtor
Faraz Hasan ist Manager
für globales Marketing in
den Bereichen Haushaltsund Industrieprodukte der
Schaltungsschutzabteilung von Tyco Electronics.
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ein. Der PPTC-Baustein hingegen setzt sich
selbst zurück, wenn der Fehler behoben
und die Stromversorgung des Schaltkreises wiederhergestellt ist. Eine durchgebrannte Sicherung muss daher nicht ersetzt werden.
Der Schutz immer anspruchsvollerer und
komplizierterer Steuerplatinen vor Schäden durch Fehlanschlüsse, Überspannung
oder Kurzschlüsse spielt für Gerätehersteller eine wichtige Rolle. Zwar sind Gerätetransformatoren, Gehäuse und Anschlüsse für einen Schutz gegen höhere
Spannungstransienten ausgelegt. Aufgrund der empfindlichen Halbleiterbausteine auf der Leiterplatte ist jedoch ein
besserer Überstrom-, Übertemperaturund Überspannungsschutz erforderlich.
Durch die Koordination von Überstromund Überspannungsschutz können Sicher-
heitsbestimmungen eingehalten, die Anzahl der Komponenten reduziert und die
Zuverlässigkeit des Systems insgesamt verbessert werden. Mit einem MOV-Überspannungsschutzbauteil (MOV = MetalloxidVaristor), das im Rahmen des koordinierten
Schaltungsschutzes mit einem PPTC-Überstrom-Baustein, dessen Nennspannung auf
die Netzspannung abgestimmt ist, eingesetzt wird, können Hersteller die weltweite IEC-Norm 6100-4-5 zu Spannungs- und
Stromtestbedingungen von Geräten, die
an das Wechselstromnetz angeschlossen
sind, einhalten.
Schaltungsschutz für Steuerungen
Bisher wurden elektronische Schaltungen
stets mit Einwegsicherungen vor Überstromsituationen geschützt. Die Sicherung brennt durch, wenn ein Verdrah-
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tungsfehler oder wenn Teileversagen zu einem Zustand führt, in
dem zu hohe Ströme auftreten. Die elektrische Verbindung wird
unterbrochen und weitere Risiken wie großflächige Schäden oder
Brandgefahren vermieden. Das Problem bei dieser Technologie
besteht jedoch darin, dass das Versagen einer Systemkomponente nachgeschaltete Komponenten in der gesamten Anlage auch
deaktivieren kann. Ist dies der Fall, muss die Sicherung auf allen
betroffenen Komponenten ausgewechselt werden, bevor das
System wieder betriebsbereit ist.
Im Vergleich dazu können Steuerungen und nachgeschaltete
Geräte mit rücksetzbarer Fehlerschutztechnologie die Auswirkungen eines Fehlers auf das gesamte System eingrenzen, die
Anzahl der betroffenen Systemkomponenten sowie die benötigte Reparaturzeit reduzieren. In zahlreichen industriellen Steueranwendungen kann durch den Ersatz der Einwegsicherungen
durch PPTC-Bausteine derselbe Überstromschutz auf kritischen
Schnittstellen beibehalten werden, während im Falle eines externen Fehlerzustands aber weder neue Sicherungen noch Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten nötig sind.
Außer für Steuerungen eignen sich PPTC-Bausteine auch für
dezentral installierte Sensoren, Anzeigen oder Aktoren, die eine
Stromversorgung und eine analoge oder eine Datenbusschnittstelle benötigen. Diese Systemkomponenten sind ebenfalls Schäden durch Verdrahtungsfehler, Verpolung oder lose Nullleiteranschlüsse ausgesetzt.
Koordination von Schutzbauteilen für netzanwendungen
Da sowohl normale Küchengeräte als auch Profiküchen immer
kompliziertere Schaltungen und Funktionen erforderlich machen,
wächst die branchenweite Nachfrage nach verstärkter Integration dieser Schaltungen bei reduzierter Platinengröße. Herstellern
ist der Schutz empfindlicher elektronischer Komponenten vor
Transienten, Kurzschlüssen und Bedienerfehlern daher ein besonderes Anliegen.
Beschädigt werden können elektrische Geräte durch große Spannungs- oder Strom-Transienten zum Beispiel infolge eines Blitzschlags oder bedingt durch Lastschaltungs-Transienten aus dem
Umspannwerk. Durch einen koordinierten Überstrom- und Überspannungsschutz am Netzeingang lassen sich Vorgaben in Bezug
auf Sicherheit und Reduzierung von Komponenten und Kosten
erfüllen.
bild 2 zeigt die Verwendung eines MOV-Bausteins mit einem
PPTC-Baustein zur Verbesserung der Anlagenzuverlässigkeit in
einer anspruchsvollen Wechselstromumgebung bei gleichzeitiger Erfüllung der Testanforderungen laut IEC-61000.
Durch die hohe Strombelastbarkeit und Energieabsorption der
MOVs, ihrer Reaktionsschnelle und niedrigen Kosten eignen sie
sich besonders für den Überspannungsschutz in Netzteilen,
Trafos auf Leiterplatten und Elektromotoren. Der PPTC-Überstrom-Schutzbaustein ist für 240 VAC spezifiziert und kann mit
intermittierenden Maximalspannungen von bis zu 265 VAC. arbeiten. Er kann zudem mit dem MOV-Bauteil in der Netzeingangsleitung installiert werden.
Im Gegensatz zur Einwegsicherung bietet der rücksetzbare PPTCBaustein auch Schutz vor Schäden durch Betriebszustände, die
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Bild 1: PPTC-Bauteile schützen Schnittstellen zwischen Steuerungen und dezentral installierten Geräten sowie Stromeingängen. (alle Bilder Tyco Electronics)
auch bei geringer Stromaufnahme einen Temperaturanstieg
verursachen. Bei Installation auf der Primärseite der Schaltung
in der Nähe potenziell erwärmender Komponenten (wie z. B.
Magnet-Bauteilen, FETs oder Leistungswiderständen) liefert der
PPTC-Baustein den Überstrom- und Übertemperaturschutz mit
nur einer einzigen Komponente.
Bestimmte Netz-Überlastzustände können dazu führen, dass das
MOV-Bauteil im Klemm-Zustand bleibt und weiterhin Strom
leitet. Dies kann einen Übertemperatur-bedingten Ausfall des
Bausteins verursachen. Obwohl diese Methode nicht direkt ˘
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Bild 2:
Koordinierter
Überspannungs- und
Überstromschutz in
einem WechselstromSchaltkreis.
auf Prüfungen gemäß IEC 61000-4-5 anwendbar ist, kann die Integration eines
PPTC-Bauteils in direkter thermischer
Nähe zum MOV-Bauteil zu dessen Schutz
bei längeren Überlastzuständen beitragen. Dieser Schutz entsteht durch die
Übertragung der entstandenen Wärme an
das PPTC-Bauteil, wodurch das PPTC-Bauteil schneller ausgelöst und der Strom
durch das MOV-Bauteil begrenzt wird.
Das für die jeweilige Anwendung geeignete PPTC- und MOV-Bauteil richtet sich
nach der Anlagenkategorisierung laut IEC
61000-4-5 sowie nach den Betriebsbedingungen selbst. Bei Auswahl eines PPTCBausteins sollte zunächst der nominelle
Haltestromwert des Bauteils an den Primärstrom angepasst werden, der unter
normalen Betriebsbedingungen durch die
Anlage fließt.
LCD-Heizmodulschutz
Flüssigkristallanzeigen finden in zahlreichen unterschiedlichen Geräten Verwendung und unterliegen dort ggf. wesentli-
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chen Temperaturschwankungen. Da LCDs
bei niedrigen Temperaturen schlechte Leistungswerte zeigen, werden häufig Heizmodule eingesetzt, um die Anzeigentemperatur zu erhöhen und die Funktion zu
verbessern. In der Regel weisen diese Heizmodule daher Temperatursensoren auf,
die an Mikroprozessor-gesteuerte Schalter
angeschlossen sind, die das Heizmodul
modulieren. Ebenso sind sie mit einem
Temperatur-Schutzschalter verbunden,
der das Heizmodul deaktiviert, wenn die
LCD-Temperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Der Nachteil bei dieser Methode besteht
darin, dass sich der Temperaturschutzmechanismus auf denselben Mikroprozessor
verlässt, der auch das Heizmodul steuert.
Wenn also die Heizmodulkontrolle aufgrund eines Mikroprozessorfehlers oder
eines Fehlers in einer anderen funktionalen Steuerkomponente versagt, ist ggf.
auch die Temperaturschutzfunktion deaktiviert. Wenn dieser Steuerkreis versagt,
kann der Strom durch das Heizmodul zu-
Bild 3: In einem
Übertemperaturzustand wird
das PPTC-Bauteil
ausgelöst, um
den Strom zum
Heizmodul zu
reduzieren.
nehmen und zu einer thermischen Instabilität führen.
Die Installation eines PPTC-Bausteins unabhängig von der Heizmodulsteuerung
trägt zum Schutz der LCD-Anzeige und der
Steuerschaltkreise vor Schäden durch Übertemperatur bei. Wie in Bild 3 dargestellt,
wird der PPTC-Baustein in der Regel zwischen dem Netzteil und dem Heizmodul in
einer thermisch leitenden Beziehung zur
beheizten LCD-Anzeige integriert. So kann
die von der LCD erzeugte Wärme an das
PPTC-Bauteil abgegeben werden. Wenn die
LCD eine bestimmte Grenztemperatur erreicht, wird das PPTC-Bauteil ausgelöst und
reduziert den Strom durch das Heizmodul.
Sobald der Fehler behoben und die Stromversorgung wiederhergestellt ist, wird der
Schaltkreis auf normale Betriebsbedingungen zurückgesetzt.
(jj)
˘ infoDIRECT
593ei1010
˘ Link zu Tyco Electronics
www.elektronik-industrie.de
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