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Praktische Elektronik


Elektronische Sicherungen für kleine Ströme mit sehr geringem Spannungsabfall


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Elektronische Sicherung - kleiner Spannungsabfall

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Elektronische Sicherungen mit kleinem Spannungsabfall

Wer kennt das nicht?

Eine Schaltung mal eben aufbauen, an die Stromversorgung anschließen und Plopp ein Bauteil - nach Murphy das teuerste - ist hin.

Labornetzgeräte mit Strombegrenzung sind nicht immer für Schaltungen mit geringem Strombedarf geeignet. Sie sind für hohe Ströme ausgelegt und lassen sich kaum auf wenige (20) mA einstellen.

Andrerseits gibt es günstige Festspannungsnetzgeräte mit einem Überlastschutz. Es bietet sich an, an ein solches Festspannungsnetzgerät eine elektronische Sicherung anzuschließen. Einfache Schaltungen, wie sie in Einfache elektronische Sicherung vorgestellt werden, haben den Nachteil, dass sie

  • einen nicht unerheblichen Spannungsabfall von 0.6V verursachen.

Hier werden eine elektronische Sicherungen vorgestellt, die

  • einen Spannungsabfall unter 100mV erzeugt - LDO,
  • die Plus-Leitung unterbrechen,
  • für 3V bis 5V geeignet sind und
  • gegen Verpolung geschützt ist.

Sie eignet sich für Projekte mit kritischer Stromversorgung,

  • wie z.B. dem Raspberry Pi und seinem 3,3V-Ausgang.

Die Schaltung

Die elektronische Sicherung benötigt eine Stromversorgung. Sie ist also kein Zweipol wie eine Sicherung im klassischen Sinne.

Elektronische Sicherungen als Zweipol benötigen auch eine Stromversorgung. Sie wird aus dem Stromzweig entnommen. Der Spannungsabfall einer solchen Sicherung ist nicht unter 0,6V zu drücken. Meistens fallen etwa 1,2V ab. Derartige Spannungsabfälle sind für 3V-Versorgungen nicht geeignet.

Die hier vorgestellten Schaltungen benötigen eine Stromversorgung von mindestens 2.5V. Die Sicherungen unterbrechen den positiven Zweig der Stromversorgung und ihr Spannungsabfall ist kleiner als 100mV.

Es gibt außerdem einen Verpolungsschutz und LEDs für die Anzeige des Zustands.

Grundsätzlich gibt es zwei Arten elektronischer Sicherungen:

  • Begrenzenden elektronische Sicherungen
  • Unterbrechende elektronische Sicherungen

Begrenzenden elektronische Sicherungen

  • Die begrenzenden elektronische Sicherungen können auch Schaltungen versorgen, die kurzzeitig einen hohen Strom ziehen, wie z.B. Kondensatoren.
  • Aufgrund der Begrenzung können Fehler in der angeschlossenen Schaltung gesucht werden.
  • Die Sicherung ist sofort wieder eingeschaltet, wenn der Fehlerfall behoben wurde.
  • Bei einem Kurzschluss fällt an der Sicherung eine hohe Leistung ab.

Die hohe Leistung stellt ein gravierendes Problem dar: Die Leistung muss durch Kühlmaßnahmen abgeführt werden.

Unterbrechende elektronische Sicherungen

  • An einer unterbrechenden elektronischen Sicherung wird der Strom beim Überschreiten des Auslösestroms der gesamte Stromkreis unterbrochen. - Wie bei einer herkömmlichen Sicherung.
  • Da elektronische Sicherungen sehr schnell reagieren können auch kurzzeitige hohe Ströme die Sicherung auslösen. Das ist leicht bei Schaltungen mit Kondensatoren der Fall.
  • Die Sicherung muss nach dem Auslösen meistens manuell wieder eingeschaltet werden.
  • Weil die Sicherung abschaltet, fällt an der Sicherung keine hohe Leistung ab.
  • Durch eine verzögerte Auslösung der Sicherung können auch Kondensatoren angeschlossen werden.
  • Dann kommt es zu kurzzeitiger Überlastung der Sicherung.

Elektronische Sicherung mit kleinem Spannungsabfall

Elektronische-Sicherung-Spiegel-PNP-Prinzip.png
Bild 1: Prinzip einer elektronischen Sicherung mit kleinem Spannungsabfall

Diese Schaltung entspricht der im Praktikum vorgestellten Elektronische Sicherung mit Stromspiegel. Allerdings werden hier PNP-Transistoren und ein P-MOSFET verwendet. Die beiden PNP-Transistoren Q2 und Q3 bilden den Stromspiegel. Q4 ist der Schalter.