Wann ist eine Sicherung keine Sicherung?
In diesem Artikel von Bel Power Solutions wird erläutert, wie eine Sicherung in einem elektronischen Design auf herkömmliche Weise verwendet wird und inwiefern sie sich in einer Welt der stetig zunehmenden Miniaturisierung ändern muss. Sie erhalten detaillierte Informationen über die Sicherungen mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) von Bel und wie sie die Zukunft des Sicherungsdesigns optimieren.
Eine herkömmliche Sicherung besteht aus einem Stück Draht oder einer anderen leitenden Verbindung mit einer bekannten Strombelastbarkeit, die in Reihe mit einem elektrischen Schaltkreis geschaltet ist. Die Sicherung fungiert ausschließlich als Sicherheitselement, das schmelzen und den weiteren Stromfluss permanent unterbrechen soll. Während des Betriebs schützen Sicherungen Schaltkreise vor Schäden durch Überlast oder Kurzschlussströme und verhindern somit ein Überhitzen und sogar Brände, wenn ein Fehlerzustand eintritt.
Je nach zu schützendem Schaltkreis können Sicherungen für wenige mA in kleinen Verbraucherelektronikprodukten bis hin zu mehreren hundert Ampere in Industrieanwendungen konzipiert sein. Der Nennstrom allein reicht jedoch nicht aus, um eine Sicherung für eine bestimmte Anwendung zuzuordnen. Sicherungen werden auch nach Spannung sowie nach Wechsel- und/oder Gleichspannung eingeteilt. Die Nennspannung entspricht einem Maximalwert und kann nicht überschritten werden. Sobald die Sicherung in Betrieb genommen wurde, ist keine Bogenbildung mehr möglich. Je nachdem, ob die Last resistiv oder reaktiv ist, sind Sicherungen erhältlich, die bei einer Stromüberlast "schnell" auslösen oder die vor deren Auslösung für einen definierten kurzen Zeitraum eine kurzfristige Überlast zulassen. Letztere werden oftmals als Sicherungen mit "Zeitverzögerung" oder "träge" Sicherungen bezeichnet. Die Wahl der Sicherungen muss zudem unter Berücksichtigung der Schaltkreisparameter erfolgen. Bei bestimmten Halbleiterschaltungen muss eine Sicherung sehr schnell auslösen, um potenzielle schwere/teure Komponentenschäden zu vermeiden. Im Gegensatz dazu können hoch induktive oder kapazitive Schaltungen wie Spannungsversorgungen beim "Einschalten" kurze Einschaltstöße generieren, bei denen die Stromstärke im Schaltkreis kurzzeitig weit über der Nennleistung der Sicherung liegt. Für derartige Schaltungen ist eine "träge" oder "langsam auslösende" Sicherung erforderlich, die diese kurzen aber normalen Stromstöße abklingen lassen, ohne eine "störende Beseitigung" einzuleiten. Dies trifft auch auf Einschaltströme von Motoren und Transformatoren zu.
Eine Gemeinsamkeit aller Sicherungen ist ihre "einmalige" Verwendbarkeit. Wenn das Auslösen einer herkömmlichen Sicherung erzwungen wird, kann die geschützte Schaltung erst dann wieder mit Strom versorgt werden, nachdem der zugrunde liegende Fehler behoben und die Sicherung durch ein exakt gleiches Bauteil ersetzt wurde. Da die elektronischen Systeme jedoch immer kleiner werden und sich weiterentwickeln, gerät die einmalige Verwendbarkeit der Sicherung zunehmend unter Druck.
Neben USB-Schnittstellen profitieren auch andere Anwendungen vom PTC-Schutz. Dazu zählen u. a.:
-- IEEE 1394 Firewire
-- Power-Over-Ethernet (PoE)
-- Lithium-Ionen-Akkus
-- Schaltkreise von Akkuladegeräten
-- PC-Peripheriegeräte
-- Datenträgerschnittstellen
-- Transformatoren
-- Schnittstellen von Telekommunikationsleitungen
-- Motoren
-- Spannungsversorgungen
-- Heizungen
-- Spielzeuge
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