Hallo Leute,
Ich habe ein mittelgroßes/großes Problem bei folgender Fragestellung und
suche einen "Mittelweg".
Wenn man "Leistungselektronik" (DC: Netzteile, Motorregler, ...)
einsetzt, die potentiell kabelgebundene Störungen in das Speisnetz
rückspeist (durch pulsförmige Entnahme), wird oft die Kapazität vor der
Baugruppe erhöht. Hierbei wird eine Kapazität (in Form eines
Kondensators oder LC/CLC-Filter) so dicht und niederimpedant wie möglich
vor die Baugruppe gesetzt.
Wenn ich jetzt eine Sicherung vor solch einer Baugruppe vorsehe, dann
schützt diese zwar das Netz, aus dem meine Baugruppe gespeist wird,
nicht aber die Baugruppe selber, denn bei Beispielhaften 24Vdc und
1000µF Kapazität stecken ja fast 0,3 Joule Energie (=1/2*C*U²) im
Kondensator. - Wenn die Kapazität und ihre Anbindung an die Baugruppe
eine Impedanz von ~50mOhm hat (also ESR + Zuleitung), wären bis zu 0,5kA
im Peak möglich.
Hat man überhaupt reale Chancen, eine "Baugruppe" zu schützen?
Nur in Ausnahmefällen.
Sicherungen schützen nur die Zuleitungen oder das Gesamtgerät. Da sie
meist thermisch arbeiten, sind sie für Halbleiter usw. viel zu langsam.
spezielle schnelle Versionen sind sehr teuer.
Nur eine elektronische Einrichtung, die direkt in der Baugruppe
überwacht, kann die Baugruppe selbst schützen- Beispiele:
Stromüberwachung in NF-Endstufen, PC- oder andren Schaltnetzteilen.
Strombegrenzung in Labornetzteilen.
Newby schrieb:> Wenn ich jetzt eine Sicherung vor solch einer Baugruppe vorsehe, dann> schützt diese zwar das Netz, aus dem meine Baugruppe gespeist wird,> nicht aber die Baugruppe selber, denn bei Beispielhaften 24Vdc und> 1000µF Kapazität stecken ja fast 0,3 Joule Energie (=1/2*C*U²) im> Kondensator. - Wenn die Kapazität und ihre Anbindung an die Baugruppe> eine Impedanz von ~50mOhm hat (also ESR + Zuleitung), wären bis zu 0,5kA> im Peak möglich.>> Hat man überhaupt reale Chancen, eine "Baugruppe" zu schützen?
Ja
Deine Berechnung ist falsch.
Nicht falsch verstehen,
ich will die Baugruppe schützen und habe "Angst" vor der Energie im
Kondensator, welche ja locker ausreicht um Meine Baugruppe zu töten.
Peter R. schrieb:> Nur eine elektronische Einrichtung, die direkt in der Baugruppe> überwacht, kann die Baugruppe selbst schützen- Beispiele:> Stromüberwachung in NF-Endstufen, PC- oder andren Schaltnetzteilen.> Strombegrenzung in Labornetzteilen.
Ah okay. Das heißt, das man dies aber bei gekauften Baugruppen keinen
Einfluss drauf nehmen kann.
Corona Officer schrieb:> Deine Berechnung ist falsch.
Dann korrigiere mich bitte :)
Nur in Ausnahmefällen.
Sicherungen schützen nur die Zuleitungen oder das Gesamtgerät. Da sie
meist thermisch arbeiten, sind sie für Halbleiter usw. viel zu langsam.
spezielle schnelle Versionen sind sehr teuer.
Nur eine elektronische Einrichtung, die direkt in der Baugruppe
überwacht, kann die Baugruppe selbst schützen- Beispiele:
Stromüberwachung in NF-Endstufen, PC- oder andren Schaltnetzteilen.
Strombegrenzung in Labornetzteilen.
Newby schrieb:> vor der Energie im> Kondensator, welche ja locker ausreicht um Meine Baugruppe zu töten.
Mit dem Knall und evtl. Gestank muss man halt leben. Jedes Teil einer
Baugruppe abzusichern wird viel zu aufwändig. Schließlich sicherst Du am
Frühstückstisch auch nicht jede Tasse mit einem Schaumstoffpolster. So
etwas muss man höchstens auf einem Schiff bei hohem Seegang machen.
Newby schrieb:> Hat man überhaupt reale Chancen, eine "Baugruppe" zu schützen?
In der regel brennen Halbleiter schneller durch, als Schmelzsicherungen.
Deswegen taugen diese eigentlich nur dazu, Brände zu verhindern*.
Schutz gegen Kurzschluss erreichst du nur durch aktive Strom-Messung und
Abschaltung, wie es z.B. Motortreiber machen.
Schutz gegen überlast wird in der Regel mit Temperatur-Sensoren gemacht,
weil die beteiligten Bauteile kurzzeitig sehr viel mehr Belastung
vertragen, als dauerhaft und das wird auch ausgenutzt.
*) Eine Ausnahme dazu wäre die berühmte Crowbar-Schaltung mit Thyristor.
Kalte Thyristoren vertragen kurzzeitig ziemlich viel Strom, so dass
alleine der Innenwiderstand einer Schmelzsicherung genügt, den Thyristor
nicht zu zerstören. Es kommt natürlich auf passende Größenverhältnisse
an.
Newby schrieb:> Hat man überhaupt reale Chancen, eine "Baugruppe" zu schützen?
Wovor?
> Wenn ich jetzt eine Sicherung vor solch einer Baugruppe vorsehe, dann> schützt diese zwar das Netz, aus dem meine Baugruppe gespeist wird,> nicht aber die Baugruppe selber
Zweck üblicher Sicherungen (und im Besonderen der von
Schmelzsicherungen) ist nicht der Schutz eines Gerätes vor Defekten,
sondern der Schutz des Hauses vor Abbrand.
Newby schrieb:> Das heißt, das man dies aber bei gekauften Baugruppen keinen Einfluss> drauf nehmen kann.
Man kann sich welche aussuchen, die mit Fehlern besser zurecht kommen.
Newby schrieb:> Hat man überhaupt reale Chancen, eine "Baugruppe" zu schützen?
Sicherungen schützen keine Baugruppen.
Sicherungen schützen, nach einem Defekt der Baugruppe, dein Haus vor
einem Brand.
Sicherungen kann man problemlos auch für 0.3J Elkos auslegen, in dem sie
auf den maximalen Dauerstrom ausgelegt werden, und der Strom im
Einschaltmoment durch eine Einschaltstrombegrenzung reduziert wird.
Da Geräte mit 0.3J Elkos am Netz sowieso über eine PFC verfügen müssen,
ist die Einschaltstrombegrenzung deren Sache und meist mit einem NTC
geregelt.
> denn bei Beispielhaften 24Vdc und> 1000µF Kapazität stecken ja fast 0,3 Joule Energie (=1/2*C*U²)> im Kondensator. - Wenn die Kapazität und ihre Anbindung an die Baugruppe> eine Impedanz von ~50mOhm hat
0,3 J = 0,3 Ws = 1 Watt während 0,3 s >> Boahhh²
Sooo und nur so entstehen die Brände im Regenwald! ;-)
Also im Falle von den 24Vdc bietet sich auch an High-Side-Current
Sensing zu implementieren. Zum Bleistift einen LTC6101, den man so
anschließt, dass er bei einem (einstellbaren) Überstrom das System
abschaltet. Vl stattdessen einen Entladewiderstand anschließen, wenn du
den Kondensator leeren willst.
Wenn du Angst vor Schäden durch Netz-Transients hast kannst du auch
gleich noch vor Überspannung schützen. Je nach Einsatz bieten sich TVS
Zenerdioden + Widerstand, weil sie mit den Fehlerfällen nicht
"ausleiern", dann Varistoren für Überspannung extrem hoher Energie die
seltener auftreten und eine GDT (Gas Discharge Tube) mit einem
Leistungswiderstand, sollte mal ein Blitzeinschlag irgendwie 10kV-Spikes
in deine Richtung schicken.
Zum guten Ton gehört dann nach der Schutzschaltung ein Filter aus
Gleichtaktdrossel und Kondensatoren.
Sowas sieht man auch manchmal in teureren Mehrfachsteckern. Im Labor
haben wir welche mit träger 15A rücksetzbarer Sicherung, dann noch eine
5A schnelle Sicherung, dannach besagte Überspannungs-Protection und den
Netzfilter. Gibt sogar einen Piep-Ton ab, wenn die Sicherung ausgelöst
hat.
Bei sowas kann man sich auch schnell verkünsteln, manchmal sieht man
industrielle Schutzschaltungen, die einen Stapel ungeladene
Kondensatoren auf Lager haben, um im Fehlerfall die Energie schnell dort
zu speichern.
Alles ultra abhängig von der Anwendung natürlich
Große Kondensatoren haben generell ein paar Probleme bei 24V:
Beim harten Einschalten fließt ein Batzen Strom: Weil meistens hat das
Netzteil auch Kondensatoren. Ich habe schon 400A gemessen. Schalter und
Relais hassen diesen Trick ;-)
Bei 24V 400A steigt das Massepotential durch den Spannungsabfall in der
GND-Leitung an. Ein Teil der Ströme kann über die GND-Pins von
Datenleitungen fließen. PCs und USB-Verbindungen können das mit
magischem Rauch quittieren (BTDT).
Beim Kurzschluss vor dem Gerät fließt ein Batzen Strom vom Gerät zurück
in die 24V.
Speziell Dünnschichtwiderstände und Chipsicherungen haben ein Problem
mit Strompeaks. Einige Sicherungen können degradieren, hat einem
ehemaligen Arbeitgeber hunderttausende Euros gekostet.
Wie löst man das?
Man verwendet so wenige Kondenstoren wie möglich. Was bei 100µ kein
Problem ist, ist bei einem Motorcontroller mit 3000µF
Polymerkondensatoren unlustig.
Hartes Schalten und Hot-Pluggen vermeiden, Kurzschlüsse vermeiden.
Wenn das nicht möglich ist, kann man das Einschalten über einen
Sanftanlauf machen. Was auch zur Not geht sind Intelligente
High-Side-Switches (BTS...).
Mike schrieb:>>Corona Officer schrieb:>>> Deine Berechnung ist falsch.>>0,024 J>> Hahahahah.... Dein Hirn hat glaub einen Corona-Schaden
oh ein Feingeist.
na gut, dann halt eben 72 mJ
Zu "sehr teuer":
Die Kosten der Halbleiter-Sicherung im Verhältnis zum Gerät, das
abgesichert werden soll, finde ich die richtige Betrachtungsweise.
https://de.farnell.com/c/schaltungsschutz/sicherungen-zubehor/sicherungen/halbleitersicherungen
Und das ist ja mal echt relativ.
In den von Stefan erwähnten Motortreibern oder in von der Industrie
verwendeten Umrichtern/Steuergeräten sind diese Sicherungen ein
Standard. Ein Thyristor- ,IGBT-Steuersatz, etc. Austausch für so ein
Gerät kostet um einiges mehr als ein paar Sicherungen.
Natürlich zusätzlich zu den oben genannten Schutzmaßnahmen wie
Geräteschutzsicherungen, Leitungsschutzsicherungen, die Limitierung des
Einschaltstromes, korrekte Dimensionierung der Leistungshalbleiter für
den Fehlerfall, etc. pp
Jedzia D. schrieb:> Zu "sehr teuer":> Die Kosten der Halbleiter-Sicherung im Verhältnis zum Gerät, das> abgesichert werden soll, finde ich die richtige Betrachtungsweise.>> https://de.farnell.com/c/schaltungsschutz/sicherungen-zubehor/sicherungen/halbleitersicherungen> In den von Stefan erwähnten Motortreibern oder in von der Industrie> verwendeten Umrichtern/Steuergeräten sind diese Sicherungen ein> Standard. Ein Thyristor- ,IGBT-Steuersatz, etc. Austausch für so ein> Gerät kostet um einiges mehr als ein paar Sicherungen.
Genau daher habe ich auch ein paar solcher Halbleitersicherungen
geschlachtet. Preis wäre also kein Kriterium mehr. Leider sind die
Sicherungen dafür so groß wie die abzusichernde Schaltung. :) Und die
Auslösewerte passen einfach nicht - bei 100A hilft einem auch kein
superflink. ;) Tatsächlich habe ich nichtmal ein Netzteil, mit dem ich
sowas zum Durchbrennen bringen könnte.
Wie schnell sind denn die "FF"-Sicherungen im 5x20-Glasrohr? Und kann
man in der Praxis nicht eine Crowbar mit Sicherung kombinieren? Oder die
Sicherung mit einer Detektionsschaltung fernauslösen, solche Elemente
gibt es kostenlos in Laptop-Akkus.
Wollvieh W. schrieb:> Und kann man in der Praxis nicht eine Crowbar mit Sicherung kombinieren?
Crowbars werden immer mit Sicherung kombiniert. Die gehört zum
Funktionsprinzip dazu.
