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


Schaltungen in Betrieb nehmen ohne Bauteile zu beschädigen.


Einfache elektronische Sicherung


Einfache elektronische Sicherungen

Wie kann man Schaltungen in Betrieb nehmen ohne Gefahr zu laufen, Bauteile zu beschädigen?

Mit einer elektronischen Sicherung.

Nachstehend werden einige Schaltungen vorgestellt und beschrieben, die beim Aufbau von Elektronikschaltungen hilfreich sind.

Die Schaltungen und die Reihenfolge der Schaltungen sollen Anfänger mit der Elektronik vertraut machen. Es wird empfohlen die Schaltungen auf dem Steckboard nachzubauen und die Wirkung nachzuvollziehen.

Verpolungsschutz

Wenn man eine Schaltung hat, die an eine externe Stromquelle, insbesondere eine Batterie angeschlossen wird, kann es leicht zu einer Verpolung kommen. Dem kann man durch den Einbau einer Diode vorbeugen. Eine Diode erzeugt allerdings Verluste. Da ist ein MOSFET schon besser, aber der funktioniert nicht unter 3V. Eine Anzeige der Verpolung wäre auch ganz hilfreich.

Verpolungsschutz_2.png
Bild 1: Verpolungsschutz mit zwei LEDs und P-MOSFET

Der P-MOSFET blockiert falsch gepolte Versorgung. Dann leuchtet die rote LED. Die grüne zeigt die korrekte Polung an. Der IRLML6402 kann bis zu 2,5A eingesetzt werden.

Elektronische Sicherung

ElektronischeSicherung.png
Bild 2: Elektronische Sicherung für den positiven Zweig

Diese Schaltung entspricht der im Praktikum Einfache elektronische Sicherungen behandelten Schaltung. Anstelle des NPN-Transistors und N-MOSFET werden ein PNP-Transistor und P-MOSFET eingesetzt. Der positive Strompfad wird unterbrochen. Dieses entspricht der Konstellation für die meisten Schaltungen: Sicherungen liegen im positiven Zweig.

Der IRLM6402 ist ein P-MOSFET in einem speziellen Gehäuse für die Oberflächenmontage, SOT23 genannt. Durch ihn fließt der gesamte Strom der Sicherung und er muss ihn bei Überlast begrenzen. Bei 20mA ist das kein Problem. Er darf nicht mit Strömen über 100mA belastet werden, wenn er einen Kurzschluss am Ausgang bewältigen soll.

Bei welchem Strom die Anzeige auslöst wird durch den Widerstand R20 mit 30Ω bestimmt. Bei 15Ω sind es 50mA und bei 7,5Ω 100mA. Die Anzeige wird ausgelöst, wenn durch den Strom die Spannung am Widerstand R20 größer als 0,6V wird. R2 hat nur eine Schutzfunktion.

Wie bei einer Sicherung kann man den Ausgang gefahrlos kurzschließen. Die Sicherung brennt allerdings nicht durch, sondern ist nach Behebung der Ursache sofort wieder eingeschaltet.

Einstellbare elektronische Sicherung

Für weitergehende Tests und Experimente ist eine elektronische Sicherung mit einstellbarem Strom hilfreich.

ElektronischeSicherung_2.png
Bild 3: Vollständige Elektronische Sicherung mit Anzeige

Die rote LED3 übernimmt die Anzeige, dass ein Überstrom erkannt wurde.

Die elektronische Sicherung wird als Modul für Steckboards aufgebaut. Durch vier Stifte kann sie auf ein Steckboard gesetzt werden. Außerdem sind Buchsen vorhanden.

Mit LED1 und LED3 wird angezeigt, dass die Versorgungsspannung anliegt und nicht verpolt ist. Der MOSFET IRLML6402 schützen die elektronische Sicherung und die dahinter liegende Schaltung gegen Verpolung.

Der IRLML6402 ist ein SMD-Bauteil, das nicht leicht zu löten ist. Wie man den IRLML6402 auf eine Lochrasterplatine aufbaut, ist auf der Bauelemente-Seite des IRLML6402 beschrieben.

Die Stromstärke der Sicherung wird über Jumper eingestellt. Wenn alle Jumper offen sind, löst die Sicherung bei 20mA aus.

Durch die Jumper werden Widerstände parallel geschaltet. Wird der Jumper für 50mA geschlossen liegen zwei 30Ω Widerstände parallel. Das sind 15Ω. Wird zusätzlich noch der 100mA-Jumper geschlossen liegen vier 30Ω Widerstände parallel und wir haben 7,5Ω.

Damit es nicht beim Umschalten auf höhere Stromstärken zu Unterbrechungen kommt, werden die Jumper parallel gesetzt.

Die Elektronische Sicherung ist für Spannungen von 4V bis 5,5V geeignet. Über 5,5V wird Q3 bei Kurzschlüssen überlastet und brennt durch.

ElektronischeSicherung_2-brd_s.png
Bild 4: Layout der Elektronische Sicherung mit Anzeige

Die Schaltung kann leicht auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden.

Die Stiftleisten für die Ein- und Ausgänge werden wie bei Modulen nach unten eingelötet.

Außerdem ist eine zweipolige Stiftleiste für den Eingang und Buchsen für den Ausgang vorgesehen. Beide werden nach oben eingebaut.

Ebenso sind die Stiftleisten für die Einstellung der Stromstärke nach oben eingebaut. Wir können damit einfach die Stromstärke der elektronischen Sicherung einstellen.

Leider ist der Aufbau für Lötanfänger nicht leicht. Die beiden MOSFET IRLM6402 haben winzige SMD-Gehäuse für die Oberflächenmontage. Sie werden geschickt zwischen vier Lötpunkte gesetzt.

Daten der elektronischen Sicherung

  • Spannungen von 4V bis 5,5V
  • Schutz gegen Verpolung am Eingang
  • Strom einstellbar
  • 20mA
  • 50mA
  • 100mA
  • nicht abschaltend
  • sofort wieder betriebsbereit
  • Fehler können bei ausgelöster Sicherung gesucht werden.
  • Anzeige bei ausgelöster Sicherung
  • Spannungsabfall bis zu 0,6V
Attention attention

Nicht über 5,5V

Wenn die elektronische Sicherung über 5,5V betrieben wird und auf 100 mA eingestellt ist, fällt am MOSFET Q3 eine Leistung über 500mW ab. Dadurch wird Q3 heiß und kann zerstört sein.

Korrekte Anwendung der elektronischen Sicherung

  • Wenn eine neue Schaltung aufgebaut wurde, oder eine Schaltung verändert wurde,
  • wird mit 20mA begonnen (alle Jumper sind entfernt).
  • Wenn die Sicherung unterhalb der erwarteten Stromstärke auslöst,
  • kann es akzeptiert werden.
  • Wenn ein höherer Strom erwartet wird,
  • wird die Stromstärke der elektronischen Sicherung Schritt für Schritt durch setzen der Jumper
  • bis zur erwarteten Stromstärke erhöht.
  • Die Jumper werden parallel gesetzt.
  • Wenn die Sicherung bei der erwarteten Stromstärke auslöst,
  • wird nicht weiter erhöht, sondern der Fehler gesucht.

Nachteile

Diese einfache elektronische Sicherung

  • kann für Spannungen von 4V bis 5,5V verwendet werden.
  • hat einen Spannungsabfall von bis zu 0,6V
  • ist nur für bis 100mA geeignet

Alternativen

Die vorgestellte elektronische Sicherung ist eine einfache Schaltung, die für erste Versuche geeignet ist. Es werden hier Alternativen vorgestellt:

Attention :-)
  • Sie hat einen sehr geringen Spannungsabfall unter 100mV.
  • Sie ist für Spannungen von 3V bis 5,5V geeignet.
  • Sie widersteht Verpolung am Eingang.
  • Sie sichert Ströme von 20mA bis 100mA.
  • Sie ist begrenzend.
  • Sie ist sehr gut geeignet, die 3,3V Stromversorgung aus einem Raspberry Pi zu schützen.
  • Sie hat einen sehr geringen Spannungsabfall unter 100mV.
  • Sie ist für Spannungen von 3V bis 12V geeignet.
  • Sie widersteht Verpolung am Eingang.
  • Sie widersteht Spanungen am Ausgang auch Verpolung.
  • Sie sichert Ströme von 20mA bis 500mA.
  • Sie ist abschaltend.
  • Sie ist sehr gut geeignet, die 3,3V und 5V Stromversorgung aus einem Raspberry Pi zu schützen.
  • Sie ist sehr gut geeignet, 5V Stromversorgung für einem Raspberry Pi zu schützen.
  • Sie hat einen sehr geringen Spannungsabfall unter 100mV.
  • Sie ist sehr gut geeignet, die 3,3V Stromversorgung aus einem Raspberry Pi zu schützen.
  • Sie ist für Spannungen von 3V bis 5,5V geeignet.
  • Sie widersteht Verpolung am Eingang.
  • Sie sichert Ströme von 20mA bis 1500mA.
  • Sie ist begrenzend.
  • Sie ist einfach zu bedienen.
  • Sie ist sehr gut geeignet, die 3,3V Stromversorgung aus einem Raspberry Pi zu schützen.
  • Sie ist sehr gut geeignet, 5V Stromversorgung für einem Raspberry Pi zu schützen.