Überspannungsschutz
Transienten kostengünstig unterdrücken
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Crowbar-Schutzbausteine
Ein Gasableiter (Bild 4) ist eine Gasentladungsröhre, die als Schutz vor Überspannungstransienten dient, wie sie von indirekten Blitzeinschlägen in Stromnetzen verursacht werden können. Gasableiter haben ein ähnliches Verhalten wie eine Funkenstrecke, mit dem Unterschied, dass die parallelen Elektroden hermetisch in einem Glas- oder Keramikrohr versiegelt sind, das mit einem Niederdruck-Inertgas gefüllt ist. Die Überspannung wird dabei durch selbsttätiges Zünden einer Gasentladung abgebaut.
Wenn die Überspannung den vordefinierten Grenzwert (Zündspannung) überschreitet, ionisiert das Gas, der Gasableiter zündet, und es bildet sich ein Lichtbogen aus. Dabei sinkt die Klemmspannung weit unter die Nennspannung. Der Durchmesser und der Abstand der Elektroden bestimmen die Spannung und die Stromstärke des jeweiligen Bauelementes.
Ausführungen mit Zündspannungen von 75 V bis 4000 V sind gängig. Durch ihren Aufbau eignen sie sich für Anwendungen mit sehr hohen Stoßströmen (bis 25 kA), wie sie im Bereich der Telekommunikation aber auch im Industrie und Consumer-Bereich auftreten können. Thyristoren dagegen sind uni-direktional arbeitende Bauelemente auf Siliziumbasis. Sie sind im Vergleich zu ihrer Stoßspannungsleistung sehr klein. Im Ausgangszustand sind Thyristoren nichtleitend und lassen sich durch einen geringen Gate-Strom einschalten.
Nach dem Einschalten bleibt der Thyristor auch ohne Gate-Strom leitend. Ausgeschaltet wird er durch Unterschreiten seines Haltestromes. Da sie auf einem Halbleiter basieren, altern Thyristoren nicht, zudem weisen sie eine geringe Kapazität sowie einen geringen Leckstrom auf. Hierdurch werden Versionen mit kleinerer Leistung in Kombination mit Zener-Dioden in Haushaltsgeräten zur Drehzahlregelung von Universalmotoren eingesetzt, im mittleren Leistungsbereich in unterschiedlichsten industriellen Anwendungen. Das übliche Ausfallbild ist ein Kurzschluss.
Eine neue Lösung
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Der taiwanesische Hersteller SFI Electronics Technology beschritt neue Wege im Bereich Überspannungsschutz und entwickelte die neuen »Chip Surge Protection Devices« (CSPD, Bild 5). Eine neuartige Keramikformel dient als Grundlage für die Herstellung dieser Komponenten in einem besonderen Vielschichtverfahren. Laut Hersteller sollen die CSPDs unter dem Gesichtspunkt der Kostenoptimierung eine ganze Reihe von Vorteilen im Vergleich zu bestehenden Produkten wie MOVs, MLVs, TVSDs und GDTs haben.
Der Kasten »Features von CSPDs« fasst die Eigenschaften dieser Bauteile zusammen. Wenn eine Schutzkomponente mit hoher Stoßstromfestigkeit bis zu 6000 A erforderlich ist, kommen in der Regel Scheibenvaristoren zum Einsatz, die jedoch bedrahtet und relativ groß sind. Da CSPDs in den Baugrößen 0805 bis 2200 erhältlich sind, helfen sie Entwicklern, die Wert auf Miniaturisierung legen.
Die »SHC«-Serie (Super High Peak Current) beispielsweise kann im Ver-gleich zu anderen am Markt erhältlichen MLVs höhere Ströme handhaben, sie altert weniger und sie bietet eine bessere Temperaturcharakteristik. In den meisten Anwendungen lassen sich aktuelle TVS- und Z-Dioden durch die CSPDs ersetzen.
Im Vergleich mit bestehenden Schutzbauelementen mit gleichen Strom- und Energieanforderungen sind die CSPDs standardmäßig nicht bedrahtet, sondern für die Oberflächenmontage (SMT) konzipiert. Sie weisen zudem eine wesentlich kleinere Baugröße auf - dies spart zusätzliche Fertigungsschritte für die Bestückung bedrahteter Bauelemente und Platz auf der Platine. In einigen Fällen lassen sich sogar GDT- und MOV-Kombinationen durch ein einziges CSPD ersetzen (Bild 6). Hierdurch wird zusätzlicher Platz auf der Leiterplatte frei, und die Bestückungskosten sinken durch Einsparung von Bauelementen.
Über den Autor:
Mike Kiraly ist Produktmanager Protection Devices bei Endrich Bauelemente.
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