../../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik

Sicherungen mit PTC

Im Praktikum Spezielle Widerstände haben wir gesehen, dass der Widerstandswert eines PTC-Widerstands rapide mit der Temperatur ansteigt. Der Anstieg beginnt allerdings erst bei einer bestimmten Temperatur.

PTC_Kennlinie.png
Bild 1: Kennlinie eines PTC-Widerstands

Der Anstieg des Widerstands mit der Temperatur ist deutlich zu erkennen.

Die hier dargestellten Typen haben einen Bereich von 50°C bis 200°C in dem der Widerstand mit der Temperatur steigt.

Belasteter PTC-Widerstand

Wenn wir einen PTC-Widerstand mit Strom belasten erwärmt er sich. Ab einer Erwärmung auf 50°C erhöht sich der Widerstandswert des PTC.

Dazu wird etwa 1W benötigt. Der PTC in Bild 1 hat in kaltem Zustand einen Widerstand von 10Ω. Bei U=10V fließen dann I=1A und die Leistung ist P=U*I=10V*1A=10W.

Mit 10W bei 10V erwärmt sich der PTC erheblich. Würde er 100°C heiß werden, hätte er aufgrund der Erwärmung laut Kennlinie in Bild 1 einen Widerstandswert von 100Ω. Der Strom durch den PTC wäre dann nur Ih=10V/100Ω=0,1A und die Leistung Ph=10V*0,1A=1W. Mit 1W bleibt die Temperatur des PTCs bei 100°C.

  • Bei Überlastung reduziert der PTC den Strom.

Dieses Verhalten wird genutzt, um mit PTCs Sicherung aufzubauen.

PTC-Widerstand als Sicherung

PTC_Sicherung.png
Bild 2: Schaltung mit PTC-Sicherung

Normalerweise fließt in der Schaltung in Bild 2 ein Strom, der so gering ist, dass sich der PTC nicht erwärmt. Wenn der Widerstand RL allerdings aufgrund einer Störung kleiner wird, fließt durch den PTC RS ein so hoher Strom, dass dieser sich erwärmt und den Strom begrenzt. Der PTC wirkt wie eine Sicherung, jedoch nicht wie eine Schmelzsicherung. Es Schaltet nicht ab, sondern sorgt nur dafür, dass der Strom nicht zu groß wird. Auch im ausgelösten Zustand lässt er noch einen geringen Strom fließen.

Wird der Stromkreis unterbrochen, kühlt sich der PTC ab. Danach ist die PTC-Sicherung wieder aktiv und kann erneut ausgelöst werden. Eine PTC-Sicherung wird deshalb auch als Selbst rückstellende Sicherung bezeichnet.

Mit dem PTC von Bild 1 würde der Strom Is auf etwa 50mA bis 100mA begrenzt.

Selbst rückstellende Sicherungen

Als PTC-Sicherung werden allerdings spezielle PTCs eingesetzt. Es sind PTC-Sicherung für bestimmte Ströme verfügbar. Sie dürfen nur bis zu einer maximalen Spannung eingesetzt werden.

PTC-Sicherungen reagieren nicht besonders schnell. Bei geringen Überströmen sind es meistens mehrere Sekunden. PTC-Sicherungen sind gut als Grobschutz geeignet.

PTCs als "Selbst rückstellende Sicherungen" sind ein wirksamer Schutz moderner elektronischer Geräte oder Baugruppen mit Leistungen zwischen 5W und 50W. Beispielsweise wird der Versorgungsstromkreis des Raspberry Pi durch eine PTC-Sicherung geschützt.

Attention pin

Elektronische Sicherung

Für den Schutz empfindlicher Bauelemente und Versuchsschaltungen sind PTC-Sicherung nicht geeignet, weil sie zu langsam reagieren. Da sind elektronische Sicherungen besser.

Die Funktion von PTC-Sicherungen wird in Selbst rückstellende Sicherungen genauer erklärt.

Regeln

  • Selbst rückstellende Sicherungen sind spezielle PTC-Widerstände,
  • Sie sind für einen bestimmten Auslösestrom spezifiziert.
  • können nur bis zu einer maximalen Spannung eingesetzt werden,
  • erhitzen sich bis auf über 100°C
  • müssen frei eingebaut werden,