Elektronische Sicherung mit MOSFET

Bisher haben wir elektronische Sicherungen für kleine Ströme von 20mA und 50mA bei Spannungen um 5V betrachtet.

Wenn wir den Sicherungsstrom und die Betriebsspannung erhöhen, muss der Ausgangstransistor höhere Leistungen verarbeiten.

Bei U_=15V und I_si=500mA treten Leistungen bis zu 7,5W auf.

Hierfür werden Leistungstransistoren benötigt.

Bei einem Sicherungsstrom von 500mA ist ein Basisstrom von 50mA erforderlich, wenn der Ausgangstransistor voll eingeschaltet sein soll.

Der Basisstrom von 50mA fließt durch die LED1, die jedoch mit maximal 20mA betrieben werden darf.

Elektronische Sicherung für höher Ströme

Wenn wir die LED1 einfach durch eine Verbindung ersetzen, haben wir das Problem gelöst. Aber wir verlieren die Anzeige, ob die Sicherung ausgelöst hat.

Diese Anzeige können wir auf andere Weise erzeugen. Wir messen einfach, ob an der Sicherung eine Spannung abfällt.

In dieser Schaltung wird die LED1 durch den Transistor Q3 eingeschaltet, wenn die Spannung an der Sicherung größer als 0,6V ist.

• Die Anzeige der Sicherung in Bild 2 verhält sich anders als die in Bild 1:

• Sicherung eingeschaltet -> LED1 aus

• Sicherung ausgelöst -> LED1 an.

Der Widerstand R₂ versorgt direkt die Basis von Q2.

Probleme bei höheren Strömen

• Der Widerstand R₁ darf nicht zu groß sein, da der Basisstrom von Q1 einen Spannungsabfall verursacht, der die Messspannung U_m an R_m verfälscht.

• Der Basisstrom von Q2 fließt durch den Messwiderstand R_m und verursacht eine Abweichung. Diese beträgt nur 10%.

• Wenn wir die Sicherung auch für kleinere Ströme verwenden wollen, müssen wir R₂ dennoch für den höchsten Strom auslegen. Der Basisstrom kann dann eine erhebliche Abweichung verursachen.

Die Basisströme der Transistoren Q1 und Q2 bereiten uns eine Reihe von Problemen.

Wir können diese Probleme vermeiden, indem wir den Ausgangstransistor Q2 durch einen MOSFET ersetzen. Es muss sich natürlich um einen P-MOSFET handeln.

In das Gate des MOSFET fließt kein Strom. Für den Widerstand R₂ können wir einen relativ hohen Wert wählen.

• Mit dem MOSFET sind alle Probleme gelöst.

• Leider nicht.

Ein MOSFET benötigt eine relativ hohe Gate-Source-Spannung, um vollständig einzuschalten. Die meisten MOSFETs benötigen Spannungen von fast 10V. Damit können wir keine elektronische Sicherung mit 5V betreiben.

• Leider gibt es nur wenige P-MOSFET-Typen, die mit niedrigen Gate-Source-Spannungen arbeiten.

• Der IRLM6402 schaltet bereits bei einer Gate-Source-Spannung U_ds=-2V und einem Drain-Strom I_d=-1A sehr gut ein (U_ds<-0,1V).

Der IRLM6402 wird in einem winzigen SMD-Gehäuse geliefert und kann mit maximal 0,8W belastet werden.

• Der NDP6020P schaltet bei einer Gate-Source-Spannung U_ds=-2V und einem Drain-Strom I_d=-1A sehr gut ein (U_ds<-0,1V).

Der NDP6020P wird in einem TO-220-Gehäuse geliefert und kann mit maximal 60W belastet werden.