Die letzte Instanz Safe gegen Hitze

Die Thermosicherung RTS von Schurter ist neu auch mit Shunt erhältlich.
Die Thermosicherung RTS von Schurter ist neu auch mit Shunt erhältlich.

Nicht allein Überströme gefährden moderne Elektronik. Mehr und mehr werden exzessiv hohe Temperaturen aufgrund hoher Leistungsdichte zum Feind Nummer 1. Wie begegnet man einer solchen Gefahr? Mit einem Fail-Safe-Device bestehend aus einer Thermosicherung und einem Shunt-Widerstand.

Moderne Elektronik ist empfindlich gegen Überströme. Doch zu hohe Temperaturen sind die eiegentliche Gefahr. Mit einem Fail-Safe-Device von Schurter kann die Elektronik sicher funktionieren – auch bei Hitze.

Ein zentrales Merkmal modernster Elektronik ist ihre enorm hohe Leistungsdichte. Immer mehr Komponenten und Funktionen müssen auf geringstem Raum untergebracht werden. Dies führt zu besonders leistungsfähigen Produkten mit geringen Abmessungen, birgt aber andererseits auch ein nicht unerhebliches Gefahrenpotential in sich. Die Rede ist vom Thermischen Durchgehen. Thermisches Durchgehen (engl. thermal runaway) bezeichnet die Überhitzung einer technischen Apparatur aufgrund eines sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozesses. Diese Schädigung bewirkt in der Regel die Zerstörung der Apparatur und führt oftmals zu Brand oder Explosion.

Strom-Messsensor

Die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands von Bauelementen muss bei der Konstruktion von Baugruppen und der Auslegung von Schaltungen immer einkalkuliert werden. Diese Eigenschaft zum Messen des Stromes lässt sich auch gezielt nutzen. Da ein Übertemperaturschutz üblicherweise allein aufgrund thermischer Bedingungen auslöst und dabei den Stromfluss grösstenteils unbeachtet lässt, macht es oftmals Sinn, einen solchen Übertemperaturschutz mit einem Strom-Messsensor in Form eines Shunts zu kombinieren. Dadurch wird sowohl eine schnell einsetzende Störung (Überstrom) mittels Shunt wie auch eine schleichende Temperaturerhöhung durch den Thermoschutz erkannt und unterbrochen.

Der Shunt, ein niederohmiger Widerstand mit möglichst geringer Temperaturabhängigkeit, lässt unabhängig von der Umgebungstemperatur präzise Messungen des das Bauteil durchfliessenden Stromes zu. In der Standardversion des RTS mit Shunt beträgt der Widerstand des Messsensors 500 µΩ. Die an diesem Widerstand abfallende kleine Spannung wird gemessen. Elektronische Schaltungen können auch kleinere Spannungen am Shunt verarbeiten. Je kleiner die Spannung, desto weniger beeinflusst die Messeinrichtung den Stromkreis. Ein Controller verarbeitet die eingegangenen Messwerte und kann im Falle eines zu hohen Stromes mit einer Trennung des Kreises reagieren.

Fail-Safe Device

Der neue Thermoschutz RTS wurde quasi als letzte Instanz in einer Sicherheitskette entwickelt. Er ersetzt den klassischen Überstromschutz nicht. Er ergänzt ihn um eine Funktionalität, die bislang durch Schmelzsicherungen nicht gegeben war. Der Thermoschutz in Form des RTS wird möglichst nah am zu schützenden Bauteil platziert. Übersteigt die Umgebungstemperatur des Leistungshalbleiters einen vorgegebenen Schwellwert, so trennt der Thermoschutz das Bauteil vom Stromkreis und trennt galvanisch im Falle eines Thermischen Durchgehens. Erweitert um einen Shunt-Messwiderstand lässt sich zusätzlich die Höhe des durchfliessenden Stroms präzise messen und mittels Regelelektronik gegebenenfalls korrigieren.

Flexible Varianten

Standardprodukte haben den Vorteil, dass sie in der Praxis erprobt und rasch in grossen Stückzahlen verfügbar sind. Doch nicht immer passen die technischen Kennwerte perfekt. Anstelle eines Shunts mit 500 µΩ wäre aufgrund der Messempfindlichkeit ein anderer Wert möglicherweise zweckdienlicher. Auch die Auslösetemperatur des RTS von 210 °C wäre für eine aktuelle Problemstellung etwas tiefer oder vielleicht noch höher anzusetzen.

Sicherheit im Betrieb

Selbst der zusätzliche Einbau einer Überstromsicherung ins Gehäuse des RTS ist möglich. Somit hätte man gleich drei Produkte in einem einzigen, Reflowlötbaren SMD-Bauteil mit sehr geringem Footprint: einen Übertemperaturschutz, einen Überstromschutz sowie einen Sensor zur Messung der Stromstärke in Form eines Shunts. Das spart nicht allein Kosten, sondern erhöht die Sicherheit im Betrieb.