Hi! Ich frage mich, wie man Transistorausgänge gegen Kurzschluss und Überlast effektiv absichern kann. Eine konventionelle Sicherung (5x20) ist hierfür meiner Erfahrung nach zu träge. In meinem Fall gehe ich von einem Mikrocontrollerpin aus, welcher einen Mosfet ansteuert. Der Mosfest schaltet dann z. B. 24V für ein Relais oder macht eine PWM für LEDs. Wie lange hält ein Transistor normalerweise einen Überstrom aus? Nach welchem Wert müsste ich im Datenblatt schauen? Bei Thyristoren habe ich mal von einen I²T Wert gelesen. Wie geht man hier normalerweise vor? Eine Schaltung entwerfen, welche beim Überschreiten eines bestimmten Stroms abschaltet? Dies stelle ich mir problematisch vor, da manche Verbraucher einen etwas höheren Einschaltstrom verursachen. Oder wäre eine Konstantstromregelung besser? Hier würde dann die Verlustleistung zum Problem werden. Evtl. eine Konstantstromregelung mit Abschaltung nach Zeit X? Wie könnte man so etwas realisieren? Schöne Grüße Oli
Oliver W. schrieb: > Ich frage mich, wie man Transistorausgänge gegen Kurzschluss und > Überlast effektiv absichern kann Dafür gibt es smart high side swutches bzw. low side, von Infineon, ST, OnSemi, Rohm...
Oliver W. schrieb: > Wie lange hält ein Transistor normalerweise einen Überstrom aus? Das kommt drauf an, wie "Über" der Strom ist. Was für Zeiträume interessieren dich, wenn du in Zusammenhang mit Kurzschluss und Überstrom von "lange" sprichst? Begrenzend ist meist die Temperatur in der Halbleiterstruktur, d.h. bei kurzer Überlast kommt es auf die Energie an. Im Datenblatt findest du oft einen Graph, der I_Drain, V_DS und die Dauer der Belastung darstellt (Maximum Safe Operating Area). Gegen groben Unfug hilft nur eine umfangreichere Schutzbeschaltung, d.h. ein IC, bei dem um den eigentlichen Transistor noch Schutzfunktionen integriert sind.
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Oliver W. schrieb: > Wie geht man hier normalerweise vor? > Eine Schaltung entwerfen, welche beim Überschreiten eines bestimmten > Stroms abschaltet? Dies stelle ich mir problematisch vor, da manche > Verbraucher einen etwas höheren Einschaltstrom verursachen. Man muss ja nicht abschalten, sondern nur den Maximalstrom begrenzen. Aber: normalerweise fällte an der Last die Spannung ab und der eingeschaltete Transistor hat nur wenige 100mV Spannungsabfall. Schließt man die Last kurz, dann wird die gesamte Leistung am Transistor verheizt. Wenn das möglich sein soll, muss man weit überdimensionieren .... Deshalb ist der Hinweis von Michael B. zu den smart switches schon richtig, die haben Schutzmechanismen drin, die es sogar erlauben, einen Kurzschluss der Last, die von einem Autoakku gespeist wird, zu überstehen. Ansonsten wäre mein Prinzip das im Bild, welches natürlich keinen Schutz vor zu großem Ptot am Transistor hat. Aber ein kleines 24V-Relais (~1k Spulenwiderstand) könnte man darüber betreiben, denn da kann man die Schaltung auf ca. 30mA auslegen und sie würde einen Kurzschluss an der Last überleben.
Klaus H. schrieb: > Ansonsten wäre mein Prinzip das im Bild, welches natürlich keinen Schutz > vor zu großem Ptot am Transistor hat. Aber ein kleines 24V-Relais (~1k > Spulenwiderstand) könnte man darüber betreiben, denn da kann man die > Schaltung auf ca. 30mA auslegen und sie würde einen Kurzschluss an der > Last überleben. 24V * 30mA = 0,72 Watt Das ist für Q1 schon zu viel. Ein Transistor im TO-220 Format würde es ohne Kühlkörprr vertragen, wenn er gut belüftet ist.
Du hast recht - für den BC337 sind 24V/30mA zu viel. Ich hatte mit 15V gerechnet, da reicht es noch. Dann halt mindestens einen BC140 oder größer. Und kühlen ... Das Prinzip bleibt und ich schrieb auch: Klaus H. schrieb: > Wenn das möglich sein soll, muss man weit überdimensionieren und bekräftigte den Hinweis auf die Smart Switches.
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Oliver W. schrieb: > Eine Schaltung entwerfen, welche beim Überschreiten eines bestimmten > Stroms abschaltet? Dies stelle ich mir problematisch vor, da manche > Verbraucher einen etwas höheren Einschaltstrom verursachen. Dann darf der Grenzwert eben nicht unter dem Einschaltstrom liegen, oder du musst dir eine andere Strategie überlegen. "Wasch mir den Pelz, aber mach mich nicht nass" funktioniert selten. Es ist also gut, etwas genauer zu wissen, was das ganze werden soll. Gegen Einschaltstrom hilft, bei einem Überstrom auch, nur kurz abzuschalten und es nach einem kurzem Moment erneut zu versuchen, d.h. eine Begrenzung des mittleren Stromes durch kleinen Duty Cycle. Oder du verwendest zwei Grenzwerte, von denen der untere nur mit einer Verzögerung greift. Bei manchen Labornetzgeräten gibt es auch die Möglichkeit, zwischen Strombegrenzung und Abschaltung zu wählen (z.B. HMC804x von R&S)
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Oliver W. schrieb: > Oder wäre eine Konstantstromregelung besser? In dem Falle muss der Halbleiter im SOA-Diagramm eine Kennlinie für DC enthalten (Linearbetrieb). Andernfalls gibt es nur diese Lösung: Oliver W. schrieb: > Eine Schaltung entwerfen, welche beim Überschreiten eines bestimmten > Stroms abschaltet?
Oliver W. schrieb: > Ich frage mich, wie man Transistorausgänge gegen Kurzschluss und > Überlast effektiv absichern kann. Am effektivsten = ökonomischsten indem der Transistor passend ausgelegt und vor Kurzschlüssen gesichert wird. Die passieren doch nicht aus heiterem Himmel.
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Gerhard H. schrieb: > Oliver W. schrieb: >> Ich frage mich, wie man Transistorausgänge gegen Kurzschluss und >> Überlast effektiv absichern kann. > > Am effektivsten = ökonomischsten indem der Transistor passend ausgelegt > und vor Kurzschlüssen gesichert wird. Die passieren doch nicht aus > heiterem Himmel. Ach was. Das war ja wieder sehr hilfreich.
Oliver W. schrieb: > Wie lange hält ein Transistor normalerweise einen Überstrom aus? Nach > welchem Wert müsste ich im Datenblatt schauen? Nach dem SOA-Diagramm. Dieses beantwortet Dir die Frage für unterschiedlichste Überströme in Kombination mit Spannung und Zeit bei exakt 25°C Ausgangstemperatur.
Hallo, wie man einen Transistor oder FET vor Zerstörung schützt, kommt ganz darauf an, welche Randbedingungen vorherrscher. Da muß man schon etwas klarer definieren, ob es um - AC oder DC geht, - welche Spannung man am Transistor annehmen kann (paar mV bis paar kV), - mit welchen Strömen man rechnen muß (paar mA bis paar kA) - mit welcher Geschw. die Schaltung arbeitet (DC bis HF -> GHz) - mit welcher Geschw. Störungen auftreten (wenige ns bis ständig) - wieviel Aufwand man treiben darf oder muß (Kosten, Einsatzzweck) - wieviel Platz für Schutzbeschaltungen zur Verfügung steht - welche Möglichkeiten einem die Schaltung überhaupt läßt - welche Eigenschaften der eingesetzte Transistor hat (Datenblatt) - welche Schutzbauteile verfügbar sind usw. Es gibt also hunderte von Möglichkeiten, wie man Schutzbeschaltungen machen kann bzw. machen muß. Für konkrete Fälle gibt es aber meist gängige Lösungen. Gruß Oeletronika
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Hi! Sorry, dass ich mich erst so spät zurückmelde. Die High-Side Switches gefallen mir gut, da sie schön kompakt sind, auch wenn sie jetzt nicht gerade supergünstig sind. Zwei Dinge stören mich jedoch: Zum einen kommt mir die Schaltgeschwindigkeit für LED-PWM (1kHz) ziemlich langsam vor (siehe unten) und zum anderen stört mich, dass man an der Auslösegeschwindigkeit und Schwelle überhaupt nichts konfigurieren kann. 1 Periode = 1000µs Sind preislich ok und leicht verfügbar: https://www.reichelt.de/spezial-schaltregler-1-fach-5--34-v-so-8-isp-762-t-p188899.html https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/ISP762T-INF.pdf Turn-on/off time 90~230µs Slew rate on/off 0,8~1.7V/µs (bei 24v wären es dann ca. 40µs) https://www.reichelt.de/spezial-schaltregler-1-fach-5-5--40-v-so-20-bts-716-g-p188806.html https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/BTS716G-INF.pdf Turn-on/off time 100~270µs Slew rate on/off 0,2~1.1V/µs (bei 24v wären es dann ca. 26µs) Zum Vergleich ein Mosfet, den ich im Moment verwende. Dieser hat Turn-on/off-Zeiten im ns Bereich: https://www.reichelt.de/mosfet-n-kanal-40-v-50-a-rds-on-0-0058-ohm-dpak-ao-d4184a-p166479.html https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/AOD4184A_SPEC.pdf Oder irre ich mich und die sind für diese Anwendung trotzdem schnell genug? Zum Verständnis: Die Turn-on/off time beschreibt die Verzögerungszeit zwischen der Flanke am Eingang und der Flanke am Ausgang oder? Dies ließe sich ja, falls beide nicht identisch sind, per Software im µC korregieren. Die Slew-rate ist die Anstiegszeit. Bei 40µs von 1000µs (1kHz) wären das 4%. Gibt es auch integrierte, einstellbare Strombegrenzungs-ICs, sodass ich danach normale FETs verwenden kann? Ich habe auch schon überlegt, einen High-side Switch nur als Strombegrenzung zu nehmen und dahinter normale FETs zu schalten. Bei einer klassichen Konstantstromquelle ist immer die Wärme und der damit verbundene Platzbedarf das Problem. Deshalb hatte ich schon an eine Konstantstromqelle mit NTC am Transistor gedacht. Klassische bipolare Transistoren (BD...) können zwar ohne Probleme im Linearbetrieb betrieben werden, aber haben immer einen gewissen Spannungsabfall (0,5-2V) an der CE-Strecke, sodass hier eigentlich immer ein Kühlkörper benötigt wird. Mosfets für Linearbetrieb zu finden, ist dagegen schon eine Challenge. Habe auf die Schnelle nur den BUZ11 gefunden. Einen P-Channel-Typ habe ich vergebens gesucht. Jens G. schrieb: > Nach dem SOA-Diagramm. Danke U. M. schrieb: > - AC oder DC geht, DC > - welche Spannung man am Transistor annehmen kann (paar mV bis paar kV), ca. 9-30V > - mit welchen Strömen man rechnen muß (paar mA bis paar kA) ca. 1-3A > - mit welcher Geschw. die Schaltung arbeitet (DC bis HF -> GHz) ca. 1kHz LED-PWM, ansonsten lediglich Schalten > - mit welcher Geschw. Störungen auftreten (wenige ns bis ständig) Ich glaube, dass muss ich selbst ersteinmal herausfinden, was manche Verbraucher (LEDs, StepDown-Converter, Relais) für Einschaltströme haben und wie lange. > - wieviel Aufwand man treiben darf oder muß (Kosten, Einsatzzweck) ist für Privat, wird aber mehrmals gebraucht. Die verlinkten High-side Switches sind gerade noch ok. > - wieviel Platz für Schutzbeschaltungen zur Verfügung steht wenig, soll in eine UP-Dose passen > - welche Möglichkeiten einem die Schaltung überhaupt läßt Der Transistor/FET/High-Side Switch wird von einem AVR angesteuert. > - welche Eigenschaften der eingesetzte Transistor hat (Datenblatt) Da bin ich flexibel > - welche Schutzbauteile verfügbar sind usw. Die, die man privat kaufen kann. Am liebsten Standardbauteile. Das beißt sich halt wieder mit dem zur Verfügung stehenden Platz. Oli
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Da gibt es im Automotive-Bereich wirklich genügend Bausteine die gegen Kurzschuß, themischer Überlast und Transienten geschützt sind. Hier etwas zum Selbststudium: https://www.st.com/en/automotive-analog-and-power/high-side-switches-for-24v-board-net.html > - einstellbare Strombegrenzungs-ICs Schrittmotortreiber-ICs haben meist eine integierte einstellbare Strombegrenzung.
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Oliver W. schrieb: > oder die sind für diese Anwendung trotzdem schnell genug? Es kommt auf die Anforderung und die Anwendung an. Wenn da ein Bediener an einen Drehknopf die Helligkeit einstellt, dann kompensiert er solche Offset-Zeiten automatisch. Wenn du aber vorprogrammiert flächig eine PWM im Farbraum machen willst, dann kannst du da schon Farbunterschiede bekommen... Aber für die restlichen Schaltanwendungen: nimm die Smart-Switches. > Zum Verständnis: Die Turn-on/off time beschreibt die > Verzögerungszeit zwischen der Flanke am Eingang und der Flanke am > Ausgang oder? Dies ließe sich ja, falls beide nicht identisch sind, per > Software im µC korregieren. Es ließe sich korr*i*gieren, wenn die Zeiten nun nicht grade auch temperatur- und bauteilabhängig wären. > Slew-rate ist die Anstiegszeit. Bei 40µs von 1000µs (1kHz) wären das 4%. Wenn du PWM in eine längere Leitung hinein machst, dann willst du gar keine zu steilen Flanken. Denn in steilen Flanken sind hohe Frequenzen. Und hohe Frequenzen lösen sich als Störung von der Leiterbahn. Torsten R. schrieb: > Schrittmotortreiber-ICs haben meist eine integierte einstellbare > Strombegrenzung. Diese "Strombegrenzung" nennt sich "Chopperbetrieb" und ist einfach eine PWM, die natürlich nur zusammen mit einer (Motor)Induktivität funktioniert.
Oliver W. schrieb: > Eine konventionelle Sicherung (5x20) > ist hierfür meiner Erfahrung nach zu träge. Klaus H. schrieb: > Man muss ja nicht abschalten, sondern nur den Maximalstrom begrenzen. Steve van de Grens schrieb: > 24V * 30mA = 0,72 Watt > Das ist für Q1 schon zu viel. Ein Transistor im TO-220 Format würde es > ohne Kühlkörprr vertragen, wenn er gut belüftet ist. Der verträgt für kurze Zeit auch wesentlich mehr Verlustleistung, auch ungekühlt. Die Kombination aus flinker oder superflinker Schmelzsicherung, dickem Transistor und Strombegrenzung auf den 5 bis 10-fachen Sicherungsnennstrom sollte funktionieren. Vorteile: nur Standardbauteile und erzieherische Wirkung: wenn man erst Sicherungen bestellen muss, damit man weiter arbeiten kann, macht man keinen zweiten Kurzschluss ;)
Bauform B. schrieb: > Steve van de Grens schrieb: >> 24V * 30mA = 0,72 Watt >> Das ist für Q1 schon zu viel. Ein Transistor im TO-220 Format würde es >> ohne Kühlkörprr vertragen, wenn er gut belüftet ist. > > Der verträgt für kurze Zeit auch wesentlich mehr Verlustleistung, auch > ungekühlt. Die Kombination aus flinker oder superflinker > Schmelzsicherung, dickem Transistor und Strombegrenzung auf den 5 bis > 10-fachen Sicherungsnennstrom sollte funktionieren. > > Vorteile: nur Standardbauteile und erzieherische Wirkung: wenn man erst > Sicherungen bestellen muss, damit man weiter arbeiten kann, macht man > keinen zweiten Kurzschluss ;) Auch eine interessante Idee. Wie lange hält ein Transistor denn üblicherweise eine Belastung über Ptot aus? Hatte es bis jetzt so verstanden, dass es besser ist, immer darunter zu bleiben und auch den Nennstrom eher als Maximalstrom (z. B. Einschaltstrom) zu betrachten. Ich danke euch auf jedenfall für eure Ideen, die ich so nach und nach bestimmt noch ausprobieren werde. Die High-Side switches stehen jetzt auf der Bestelliste. Oli
Oliver W. schrieb: > Wie lange hält ein Transistor denn > üblicherweise eine Belastung über Ptot aus? Üblicherweise gar nicht. Jedenfalls nicht garantiert. Und auf Glück zu hoffen ist nicht mein Ding.
Oliver W. schrieb: > Wie lange hält ein Transistor denn > üblicherweise eine Belastung über Ptot aus? Je nach Baugröße geschätzt im zweisteligen Mikrosekunden-Bereich. mfg
Bauform B. schrieb: > Oliver W. schrieb: >> Eine konventionelle Sicherung (5x20) >> ist hierfür meiner Erfahrung nach zu träge. > > Klaus H. schrieb: >> Man muss ja nicht abschalten, sondern nur den Maximalstrom begrenzen. > > Steve van de Grens schrieb: >> 24V * 30mA = 0,72 Watt >> Das ist für Q1 schon zu viel. Ein Transistor im TO-220 Format würde es >> ohne Kühlkörprr vertragen, wenn er gut belüftet ist. > > Der verträgt für kurze Zeit auch wesentlich mehr Verlustleistung, auch > ungekühlt. Die Kombination aus flinker oder superflinker > Schmelzsicherung, dickem Transistor und Strombegrenzung auf den 5 bis > 10-fachen Sicherungsnennstrom sollte funktionieren. > > Vorteile: nur Standardbauteile und erzieherische Wirkung: wenn man erst > Sicherungen bestellen muss, damit man weiter arbeiten kann, macht man > keinen zweiten Kurzschluss ;) Steve van de Grens schrieb: > Üblicherweise gar nicht. Jedenfalls nicht garantiert. Und auf Glück zu > hoffen ist nicht mein Ding. Christian S. schrieb: > Je nach Baugröße geschätzt im zweisteligen Mikrosekunden-Bereich. Oliver W. schrieb: > Hatte es bis jetzt so > verstanden, dass es besser ist, immer darunter zu bleiben und auch den > Nennstrom eher als Maximalstrom (z. B. Einschaltstrom) zu betrachten. Hat sich das also bestätigt. Dann muss bei der Variante von Bauform B. also ein Transisitor her, der den Maximalstrom und -leistung im Kurzschlussfall auch einige ms ab kann, bis die Sicherung auslöst. Danke!
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