Varistoren als Überspannungsschutz Kompakte Abmessungen, hohe Schutzwirkung

Gewitter können massive Blitzschäden verursachen
Gewitter können massive Blitzschäden verursachen

TDK hat – basierend auf einem neuen Keramikmaterial – Vielschichtvaristoren entwickelt, die kompakte Abmessungen mit hoher Schutzwirkung kombinieren.

Überspannungen und die damit verbundenen hohen Stoßströme führen zur Schädigung oder sofortigen Zerstörung von elektrischen und elektronischen Geräten. Das Fatale dabei ist, dass Überspannungen verschiedenste Ursachen und unterschiedliche Energiegehalte haben sowie über unterschiedliche Pfade eingekoppelt werden. ESD-Impulse etwa, die nach IEC 61000-4-2 gemessen werden, betreffen hauptsächlich die Ein- und Ausgänge von Kommunikationsgeräten.

Bei der für die IEC-Norm verwendeten Messreihe wird mit einer Testspannung von 8 kV (Kontaktentladung) bzw. 15 kV (Entladung über Luft) gemessen. Die zugehörigen Impulsformen zeichnen sich durch extreme Flankensteilheit mit Anstiegszeiten im Bereich von Nanosekunden aus. Der Energiegehalt dieser Impulse ist mit einigen Millijoule jedoch relativ gering.

Zum Schutz vor solchen ESD-Ereignissen bietet TDK ein breites Spektrum an miniaturisierten CeraDiode-Varistoren für unterschiedliche Spannungen an. Die kleinste Bauform hat eine Grundfläche von 0,4 × 0,2 mm², und dies bei einer extrem geringen Höhe von 0,1 mm. Diese CeraDiode-Varistoren eignen sich damit für den Einsatz in mobilen Applikationen wie Smartphones, Tablets und Wearables.

Eine andere Form der Überspannung wird hauptsächlich auf Stromversorgungsleitungen eingekoppelt, die durch Blitzeinschläge in der Nähe oder Lastabwürfe verursacht werden. In diesen Fällen treten Impulsströme im Kiloampere- und Mikrosekunden-Bereich auf. Der Energiegehalt dieser Impulse kann im schlimmsten Fall mehrere tausend Joule betragen und ist somit um Größenordnungen höher als bei ESD-Ereignissen. Die Fähigkeit eines Bauelements, diese energiereichen Impulse zu verkraften, wird nach IEC 61000-4-5 mit der Impulsform 8/20 µs für den Kurzschlussstrom und 1,2/50 µs für die Leerlaufspannung gemessen (Bild 1).

Um in solchen Fällen ausreichenden Schutz bieten zu können, sind Schutzbauelemente für die zu erwartenden maximal auftretenden Ableitströme und Energien auszulegen. Daher sind entsprechende Varistoren verhältnismäßig voluminös.