Automotive / AEM Components
Wie sicher sind SMD-Sicherungen?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Leiterplattentyp oder Keramiktyp
Während der Leiterplattentyp der gebräuchlichste ist, bietet der Keramiktyp einige entscheidende Vorteile. Aufgrund seiner monolithischen Struktur erlaubt dieser Typ höhere Nennströme in einem kleineren Gehäuse und bietet einen breiteren Betriebstemperaturbereich sowie stabile Betriebseigenschaften auch unter extremen Bedingungen. Die Struktur ist zudem weniger anfällig für mechanische Beschädigungen.
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Ein weiteres wichtiges Unterscheidungskriterium zwischen diesen beiden Arten von Sicherungen ist, wie diese mechanisch auf einen Fehlerzustand reagieren. Bild 2 zeigt einen Vergleich zwischen SolidMatrix-Sicherungen von AEM Components und herkömmlichen Chip-Sicherungen. Bei den AEM-Bausteinen ist das Sicherungselement in das Keramikgehäuse diffundiert und es sind keine äußerlichen Veränderungen sichtbar. Bei den herkömmlichen Chip-Sicherungen sind Lichtbogenbildung und Oberflächenbeschädigung aufgrund des Fehlerstroms offensichtlich.
Wire-in-Air-Sicherungen
Bild 3 stellt zwei Varianten von Wire-in-Air-Sicherungen dar. Das Bild links zeigt eine Schnittansicht der üblichen Konstruktion für diese Art von Sicherung, bei der das Schmelzdrahtelement innerhalb eines Keramikrohres untergebracht und mittels Lötperlen mit den Endkappen verbunden ist. Das Bild auf der rechten Seite ist eine Schnittansicht der von AEM Components entwickelten Variante. Das Sicherungselement des AirMatrix-Bausteins, der eine lötfreie Konstruktion verwendet, verteilt sich gleichmäßig gerade über den Hohlraum und ist extern mit der Endkappe verbunden.
Herkömmliche Wire-in-Air-Sicherungen besitzen einige Nachteile. Dass sich die Endkappen ablösen, ist eine häufige Fehlerquelle bei der traditionellen Kon-struktion. Darüber hinaus ist die Verlustleistung nicht gleichmäßig, da das Draht-element innerhalb des Keramikrohrs variabel platzierbar ist. Zudem kann unter hohen Strombelastungen, das Lötmittel im Keramikrohr verdampfen und wieder abgeschieden werden, wodurch ein sekundärer leitfähiger Pfad mit potenziell schwerwiegenden Folgen entsteht (Bild 4). Hohe Ströme und große Hitze führen dazu, dass das Lötmittel verdampft und sich Druck aufbaut. Wenn schließlich die Sicherung ausfällt oder öffnet, sinkt anschließend die Temperatur, das Lötmittel kondensiert aus und lagert sich über die Schaltung, wo es eine potenzielle Quelle für Kurzschlüsse darstellt.
Die Sicherungen von AEM Components überstanden 450 V/450 A (Bild 4, links) ohne äußere Beschädigungen, während die herkömmlichen Sicherungen – Muster A bei 250 V/250 A (Bild 4, Mitte) und Muster B bei 450 V/450 A (Bild 4, rechts) – beträchtliche Schäden an den Sicherungen und der umgebenden Schaltung aufwiesen. In den gezeigten Wellenformen fällt der Stromfluss (gelbe Kurve) durch die AEM-Sicherung auf null ab, während bei den Mustern A und B jeweils ein Sekundärstrom fließt, der letztendlich zur Beschädigung der Platine führt. Die Spannung (grüne Kurve) zeigt einen Leerlauf für die Sicherung ohne sekundären Stromfluss an.
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