Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LDO Kurzschlussfestigkeit


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von Paul (Gast)


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Abend zusammen!


Bitte nicht gleich den Galgenbaum aufstellen für diese Frage.

Was genau bedeutet „kurzschlussfest“ bei LDOs?

A: Das Bauteil überlebt einen Kurzschluss am Ausgang, Eingansversorgung 
des LDOs sieht ebenfalls einen Kurzschluss

B: Bauteil kann ausgangsseitig kurzgeschlossen werden, Eingangsseitig 
fließt ein begrenzter Strom

C: ?


Gruß
Paul

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Paul schrieb:
> Was genau bedeutet „kurzschlussfest“ bei LDOs?
Er geht bei einem Kurzschluss am Ausgang nicht kaputt.

Üblicherweise, weil er thermisch abschaltet.

Wie er sich bis dahin verhält, das steht im Datenblatt.

von Paul (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Paul schrieb:
>> Was genau bedeutet „kurzschlussfest“ bei LDOs?
> Er geht bei einem Kurzschluss am Ausgang nicht kaputt.
>
> Üblicherweise, weil er thermisch abschaltet.
>
> Wie er sich bis dahin verhält, das steht im Datenblatt.

Ok. Und mit welch einer Beschaltung wäre Antwort B zu realisieren um die 
Eingangsquelle nicht einbrechen zu lassen? Gibts dafür gängige 
Schutzschaltungen?

von Helmut -. (dc3yc)


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Paul schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Paul schrieb:
>>> Was genau bedeutet „kurzschlussfest“ bei LDOs?
>> Er geht bei einem Kurzschluss am Ausgang nicht kaputt.
>>
>> Üblicherweise, weil er thermisch abschaltet.
>>
>> Wie er sich bis dahin verhält, das steht im Datenblatt.
>
> Ok. Und mit welch einer Beschaltung wäre Antwort B zu realisieren um die
> Eingangsquelle nicht einbrechen zu lassen? Gibts dafür gängige
> Schutzschaltungen?

Die Antwort von Lothar ist Antwort B!
Natürlich muss die Quelle den Kurzschlussstrom liefern können.

: Bearbeitet durch User
von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


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Paul schrieb:
> Ok. Und mit welch einer Beschaltung wäre Antwort B zu realisieren um die
> Eingangsquelle nicht einbrechen zu lassen?

Mit einer Sicherung.
Beliebt seit 1890 https://patents.google.com/patent/US438305A

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Paul schrieb:
> Was genau bedeutet „kurzschlussfest“ bei LDOs?

Das im Falle eines Kurzschlusses der Strom begrenzt wird. Wegen der 
unbekannten Einsatzbedingungen reicht eine Strombegrenzung meist nicht 
aus, sondern wird durch eine Temperaturbegrenzung ergänzt.

Und ich gehe davon aus, daß du nicht spezifisch LDO meinst, sondern 
einen Linearregler. Im Gegensatz zu Schaltregler.

> A: Das Bauteil überlebt einen Kurzschluss am Ausgang, Eingansversorgung
> des LDOs sieht ebenfalls einen Kurzschluss

Wie soll das denn gehen? Abgesehen davon kann die Eingangsspannung des 
LDO natürlich ebenfalls strombegrenzt sein. Dann kommt es natürlich 
drauf an, welche Grenze niedriger ist.

> B: Bauteil kann ausgangsseitig kurzgeschlossen werden, Eingangsseitig
> fließt ein begrenzter Strom

Und auch ausgangsseitig. Da fließt sogar näherungsweise der gleiche 
Strom. Wo soll der Strom denn sonst hin? Über den Masseanschluß des 
Reglers fließt typischerweise nur dessen Versorgungsstrom.

Der kann zwar bei bipolaren LDO (diesmal wirklich gemeint) recht groß 
werden. Aber das ist ein Spezialfall, den ich nur erwähne weil sonst 
irgendein Klugscheißer wieder rumnölt.

von Name: (Gast)


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Natürlich sind nicht alle Regler gleich. Aber ein Beispiel schadet 
sicher nicht?
https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/MCP1755-MCP1755S-Data-Sheet-DS20005160B.pdf

Dieser begrenzt den Strom auf typisch 450mA, was heißt, ab 450mA 
Laststrom bricht nur noch die Spannung ein, der Strom steigt nicht 
weiter. Dabei wird er heiß, und wenn er zu heiß wird (Chip=150°C) 
schaltet er ab (overtmperature protection). wenn er sich abkühlt 
schaltet er wieder zu.
Das ist so üblich bei vielen Reglern.

Der MCP1755 hat zusätzlich noch ein current-foldback, im Prinzip liefert 
er bei sehr kleinen Ausgangsspannungen nur wenig Strom und wir bei einem 
satten Kurzschluss kaum warm.

Und da wären wir bei dem Problem solcher Kurzschlussstrombegrenzungen:
Overtemperature heiß 150°C und das wiederrum heißt, wir bewegen uns 
zwischen recommended und maximum ratings. Das mögen die Chips aber nicht 
für längere Zeit haben:
"Exposure to maximum rating conditions for extended periods may affect 
device reliability."

Das ist auch der Grund für das "current foldback" Feature: Damit wird 
ein Kurzschluss dauerhaft erlaubt.

"When the load impedance decreases beyond the MCP1755/MCP1755S load 
rating, the output  current  and  voltage  will  gracefully  fold  back
towards  30  mA  at  about  0V  output.

"gracefully" Bwhahaha...

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Name: schrieb:
> Natürlich sind nicht alle Regler gleich. Aber ein Beispiel schadet
> sicher nicht

Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist. Gar nicht exotisch, 
sondern Standard ist hingegen eine SOAR-Schutzschaltung, um die SOAR [1] 
des Stellelements nicht zu verlassen. Und die hat ungefähr die gleiche 
Wirkung: wenn die Spannung über dem Stellelement groß wird (bei einem 
Ausgangskurzschluß ist das die gesamte Eingangsspannung) wird der Strom 
zusätzlich verringert.

Auch dazu ein Beispiel:

Der allseits beliebte 7805 Spannungsregler hat einen Nenn-Ausgangsstrom 
von 1.5A. Die  Strombegrenzung setzt typisch bei 2.2A ein, wird vom 
SOAR-Schutz aber bis auf 0.2A bei 35V Eingangsspannung verringert. Das 
Datenblatt (https://www.st.com/resource/en/datasheet/l78.pdf) hat dazu 
auf Seite 30 das angehängte Diagramm.


[1] https://de.wikipedia.org/wiki/SOAR-Diagramm

: Bearbeitet durch User
von Name: (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist. Gar nicht exotisch,
> sondern Standard ist hingegen eine SOAR-Schutzschaltung, um die SOAR [1]
> des Stellelements nicht zu verlassen. Und die hat ungefähr die gleiche
> Wirkung: wenn die Spannung über dem Stellelement groß wird (bei einem
> Ausgangskurzschluß ist das die gesamte Eingangsspannung) wird der Strom
> zusätzlich verringert.

Das stimmt, ja, danke für die Ergänzung.

Das Problem bei dieser Art von Schutz ist, dass das in der Schaltung 
wegen der hohen Temperatur nicht als Feature verwendet werden kann, 
sondern nur als "Notnagel". Weil man sich außerhalb der Recommended 
operating conditions bewegt.
Darum gibt es andere Maßnahmen wie das (exotische) Stromfoldback.

Nutzt man einen 7805 als Regler auf dem Breadboard oder als Schutz gegen 
falsches Anklemmen einer Leitung, ist der Kurzschlussschutz  in der Form 
adäquat.
Als Stromquelle oder für Anwendungen wo das oft oder über lange Zeit 
vorkommt ist das nicht ausreichend, weil die Hardware bei 150°C nicht 
lang durchhält.

Leider, muss man sagen, trifft das zweite auf alle Schaltungen zu, auf 
die Kunden über Klemmen Zugriff haben. Kunden lieben es, die Grenzen der 
Hardware auszuloten, da wird schon mal 10 Monate lang kurzgeschlossen 
und dergleichen mehr.

von H. H. (hhinz)


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Axel S. schrieb:
> Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist.

Da gibts auch genug.

von Teo D. (teoderix)


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H. H. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist.
>
> Da gibts auch genug.

08/15, selbst die ollen LM78xx haben das.

von Name: (Gast)


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Teo D. schrieb:
> 08/15, selbst die ollen LM78xx haben das.

Schon, aber identisch ist das trotzdem nicht.

Der MCP1755 macht das unabhängig von der Temperatur, was in der Praxis 
heißt, wenn man den Kurzgeschlossen laufen lässt, wird er nicht mal 
(besonders) warm.
Ein macht 78xx das abhängig von der Temperatur. Der 78xx brutzelt bei 
einem Kurzschluss daher mit 150° vor sich hin.

Beides ist ein Stromfoldback. Ob der Unterschied relevant ist, hängt 
davon ab was man damit vorhat.

Das ist ja das Schöne an der Elektronik, man muss die Datenblätter genau 
lesen :-)

von H. H. (hhinz)


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Teo D. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Axel S. schrieb:
>>> Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist.
>>
>> Da gibts auch genug.
>
> 08/15, selbst die ollen LM78xx haben das.

Nö, die ollen Kamellen haben das nicht, oder zumindest nicht wirklich.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Teo D. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Axel S. schrieb:
>>> Wobei current foldback einigermaßen exotisch ist.
>>
>> Da gibts auch genug.
>
> 08/15, selbst die ollen LM78xx haben das.

Nein, die haben das nicht. Was die haben ist ein SOA-Schutz. Der 
Unterschied zwischen SOA und foldback ist, daß SOA von der Spannung 
über dem Regelelement (vulgo: Transistor) ausgeht. Foldback hingegen 
schaut auf die Ausgangsspannung. Wenn die geringer ist als der Sollwert 
oder im Extremfall 0, dann schlägt der Schutz zu. Das heißt auch, daß 
foldback immer ein Kippverhalten zeigt.

Den Übertemperaturschutz hat der 78xx noch zusätzlich. 35V×0.2A macht 
7W. Das würde ohne Kühlung auch im TO-3 zu mehr als 150°C führen.

von Teo D. (teoderix)


Angehängte Dateien:

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Name: schrieb:
> Das ist ja das Schöne an der Elektronik, man muss die Datenblätter genau
> lesen :-)

Jo

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