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Thermistoren

Schützen sogar vor Kurzschlüssen

20. Januar 2014, 13:10 Uhr | Dr. Stefan Benkhof

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

PTC-Thermistoren als ICL

Unter bestimmten Bedingungen bieten PTC-Thermistoren als ICL-Bauelemente deutliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen Lösungen. Grund dafür ist das unterschiedliche Temperaturverhalten des Widerstands von PTC- und NTC-ICLs: Je niedriger die Umgebungstemperatur, desto größer ist der Widerstand eines NTC-ICL, was einen niedrigeren Ladestrom und eine längere Ladedauer zur Folge hat. Hohe Umgebungstemperaturen dagegen beeinträchtigen die Fähigkeit des NTC-ICL, Einschaltströme zu begrenzen, da das Bauelement dann niederohmig ist. Diese Temperaturabhängigkeit kann vor allem bei Anwendungen, die für einen breiten Betriebstemperaturbereich ausgelegt sind, ein Problem darstellen.

Eine im Außenbereich installierte Stromversorgung wird sich im Winter in nördlichen Breitengraden beispielsweise niemals so stark erwärmen, dass der NTC-Widerstand weit genug abfällt. Demgegenüber erwärmt sich eine Heißwasser-Umwälzpumpe unter Umständen schon in der Anlaufphase so stark, dass der NTC-Widerstand den Einschaltstrom nicht mehr begrenzen kann.

Die Abkühlzeit eines NTC-Thermistors liegt je nach Gerät, Installationsart und Umgebungstemperatur typischerweise bei 30 bis 120 Sekunden nach dem Abschalten. Erst nach dem vollständigen Abkühlen ist der NTC-ICL wieder in der Lage, den Einschaltstrom zu begrenzen. In der Regel ist diese Abkühlzeit ausreichend. Bei häufigem, kurzzeitigem An- und Ausschalten oder nach kurzen Stromausfällen ist dies jedoch nicht der Fall. Gerade in diesen Fällen bieten die Epcos PTC-Thermistoren eine wirkungsvolle Begrenzung des Einschaltstroms.

Integrierter Selbstschutz

Unter normalen Betriebsbedingungen reagiert der PTC-ICL wie ein ohmscher Widerstand. Ist die Temperatur des Bauelements beim Einschalten mit der Umgebungstemperatur identisch, besitzen PTC-ICLs je nach Ausführung einen Widerstand zwischen 20 Ω und 500 Ω. Das ist ausreichend, um die Einschaltstromspitze zu begrenzen. Wenn die DC-Zwischenkreis-Kondensatoren dann entsprechend geladen sind, wird der PTC-ICL überbrückt.

Bei einer Störung im Ladekreis sorgt der PTC-ICL aufgrund seiner besonderen Eigenschaften für genügend Schutz. Der Stromfluss durch das Bauelement führt dazu, dass sich dessen Temperatur erhöht und der Widerstand erheblich ansteigt. Dank ihrer selbstschützenden Eigenschaften sind PTC-ICLs bei folgenden Störungen von großem Vorteil:

– Kurzschluss am Kondensator

– Keine Überbrückung des strombegrenzenden Bauelements nach erfolgter Aufladung des Zwischenkreis-Kondensators (Ausfall des Schaltelements).

All diese Störungen bewirken eine thermische Belastung des strombegrenzenden Bauelements. Werden ohmsche Widerstände als ICL eingesetzt, müssen sie für diese Art der Störung deutlich überdimensioniert werden, um die entstehende Verlustleistung abzuführen. Nicht so PTC-ICLs. Sie nehmen nicht einmal Schaden, wenn sie direkt an die Versorgungsspannung angeschlossen werden. Eine zusätzliche Strombegrenzung ist nicht erforderlich, da PTC-ICLs selbstschützend sind. Bei zu hohen Strömen, wie bei einem Kurzschluss, erwärmt sich der PTC-ICL und sein Widerstand erhöht sich erheblich. Dadurch senkt er bereits von sich aus den Stromfluss auf unkritische Werte (Bild 4).