Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kurzschlusswiderstand einer defekten TVS Diode


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von Wolf17 (wolf17)


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Ich möchte einen 5V Netzteilausgang einfach gegen Überspannung im 
Fehlerfall absichern, um angeschlossene USB Geräte zu schützen. 
431+Thyristor ist mir zu aufwendig.

Bei einer TVS 1,5KE6,8CA steht explizit im Datenblatt, dass sie bei 
Überlastung normalerweise mit Kurzschluss stirbt:
https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=7&LA=3&OPEN=0&INDEX=0&FILENAME=A400%2FLITTELFUSE_TVS_DIODE_1_5KE_DATASHEET.pdf

Bei einer BZW06-5,8 oder BZW70-5,6 finde ich dazu nichts im Datenblatt:
https://www.st.com/resource/en/datasheet/bzw06-58b.pdf
https://datasheetspdf.com/pdf-file/1341297/Diotec/BZW06-10B/1
https://www.farnell.com/datasheets/1689747.pdf
https://datasheetspdf.com/pdf-file/1341223/Philips/BZW70/1
https://www.web-bcs.com/pdf/Va/BZ/BZW70_20.pdf

Frage 1) Kann man davon ausgehen, dass diese Typen auch mit Kurzschluss 
sterben?

Eine 1,3W Zener ZPY 5,1 hatte nach 3A Überlastung etwa 0,6 Ohm.
Frage 2) Sind TVS Dioden da niederohmiger?

von Bernd G. (Gast)


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Wolf17 schrieb:
> Frage 1) Kann man davon ausgehen, dass diese Typen auch mit Kurzschluss
> sterben?
Nein. Bei TVS ist das eine fast zugesicherte Eigenschaft, bei Z-Dioden 
nicht.
> Frage 2) Sind TVS Dioden da niederohmiger?
Ausprobieren. So teuer sind die Dinger ja nun auch nicht.

von Thorsten S. (thosch)


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Wolf17 schrieb:
> Bei einer TVS 1,5KE6,8CA steht explizit im Datenblatt, dass sie bei
> Überlastung normalerweise mit Kurzschluss stirbt:

TVS Dioden sterben bei Überlastung typisch mit Kurzschluß, wenn die 
durchlegieren.
Aber schon an den Formulierungen "normalerweise" oder "typisch" erkennt 
man, daß die Hersteller diese Eigenschaft keinesfalls garantieren.

Bei Surge-Tests im EMV-Labor habe ich bisher vor allem das typische 
Verhalten erlebt, eine TVS-Diode ist allerdings bei den Tests auch 
einfach explodiert, die war danach also hochohmig. Die nachgelagerten 
Schutzmaßnahmen reichten noch für die Restenergie, aber ein weiterer 
Surge-Impuls hätte die dahinterliegende Schaltung zerstört.

Man sollte sich also keinesfalls darauf verlassen, daß TVS-Dioden stets 
mit Kurzschluß sterben, auch wenn dies im Regelfall so passiert.

von Thorsten S. (thosch)


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Bernd G. schrieb:
> Nein. Bei TVS ist das eine fast zugesicherte Eigenschaft,

Das stimmt so nicht ganz.
Diese Eigenschaft wird bei TVS-Dioden zwar als typisch beworben aber 
keinesfalls zugesichert oder garantiert!

von Mark S. (voltwide)


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Wenn genug Bumms hinter dem surge ist, dampfen Zuleitungen einfach weg.

von Mani W. (e-doc)


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Warum nicht eine Crowbar, wenn Du schon aus unbekannten Gründen
mit Überspannung rechnest?

von Manfred P. (pruckelfred)


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Mani W. schrieb:
> Warum nicht eine Crowbar, wenn Du schon aus unbekannten Gründen
> mit Überspannung rechnest?

Weil sie ihm zu aufwendig ist und er das Verhalten von 
Überspannungsschutzdioden nicht verstanden hat.

Wenn seine TVS 1,5KE6,8CA endlich durchbricht, sind die angeschlossenen 
USB-Geräte schon längst gestorben.

von Wolf17 (wolf17)


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Mani W. schrieb:
> Warum nicht eine Crowbar, wenn Du schon aus unbekannten Gründen
> mit Überspannung rechnest?

Ich hatte schon ein Amoknetzteil und hoffe auf eine simple TVS mit 
niederohmigen Kurzschluss.

Gibt es fertige kleine SMD-Crowbarmodule, idealerweise mit 
Thermosicherung?

von Mani W. (e-doc)


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Wolf17 schrieb:
> Gibt es fertige kleine SMD-Crowbarmodule, idealerweise mit
> Thermosicherung?

Suchst Du unter "Crowbar Modul 5 Volt" - ca. 218 000 Ergebnisse...
(in 0,21 Sekunden)

: Bearbeitet durch User
von Wolf17 (wolf17)


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Manfred P. schrieb:
> und er das Verhalten von
> Überspannungsschutzdioden nicht verstanden hat.

Mein Vorversuch mit Zener lässt hoffen, dass eine 5,6V TVS bei 3A einige 
Sekunden auf vielleicht 8V klemmt bis sie mit Kurzschluss stirbt.
Ist keine 100% Lösung, aber angesicht der Einfachheit besser wie nichts.
Wenn man zuerst das Netzteil einschaltet und dann erst das Gerät 
ansteckt, stört nichtmal das.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Wolf17 schrieb:
> steht explizit im Datenblatt, dass sie bei Überlastung normalerweise mit
> Kurzschluss stirbt
Nette Formulierung dafür, dass das laut Mutpy sicher nicht psssiert, 
wenn es mal drauf ankommt...

> 431+Thyristor ist mir zu aufwendig
Hast du mal die recht weiche und ziemlich undefinierte Kennlinie dieser 
TVS Dioden ausführlich angeschaut? Die sind dafür da, dass wenn der 
Blitz (in Form einer ESD) einschlägt, die Spannung auf ein hoffentlich 
unschädliches Maß begrenzt wird.

Wolf17 schrieb:
> Ich hatte schon ein Amoknetzteil
Von wie vielen?

> und hoffe
Hoffe doch viel einfacher auf "nicht amoklaufende Netzteile". Die Chance 
dafür ist wesentlich besser, als dass die TVS-Diode im Fehlerfall hilft.

Und wenn du schon eine zusätzliche "Versicherung" abschließt, dann doch 
am besten eine, die auch garantiert einspringt, wenns drauf ankommt...

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Die beste Crowbar-Schaltung ist meiner Meinung nach eine 
Schmelzsicherung und dahinter ein durchaus dicker Thyristor, der von 
einer Z-Diode gezündet wird, evtl. noch schneller Transientenschutz 
dahinter.

Und was manche Labortests angeht... crazy. Ja, so 'ne 3,3V µC-Schaltung 
geht kaputt wenn man sie direkt an eine 110kV-Freileitung anschließt. 
Wär hätte das gedacht, ist natürlich ein unhaltbarer Zustand und muss 
vom Entwickler nachgebessert werden.

von Thorsten S. (thosch)


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Es gibt auch noch SIDACs, die sind mehr wie ein bei Überspannung 
gezündeter Thyristor, also mit viel niedrigerer Klemmspannung, als 
Betriebs- und Trigerspannumg.
Praktisch eine Crowbar in einem einzigen Bauteil.

Im Gegensatz zu TVS-Dioden, die sich wie Z-Dioden verhalten und deren 
Klemmspannung immer deutlich höher als die Betriebsspannung ist.
Was bei hohen Spannungen und großen Ableitströmen Probleme mit der 
Verlustleistung mit sich bringt.

von Wolf17 (wolf17)


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Mani W. schrieb:
> Suchst Du unter "Crowbar Modul 5 Volt" - ca. 218 000 Ergebnisse...

Danke, soweit war ich schon. Schaltpläne, Beschreibungen, 
kühlschrankgroße Module und bei Shopping jede Menge Nagel- und 
Brecheisen.

Kennt jemand Links zu kleinen SMD-Modulen? Am liebsten mit 
Thermosicherung.

von Mani W. (e-doc)


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Wolf17 schrieb:
> Mein Vorversuch mit Zener lässt hoffen, dass eine 5,6V TVS bei 3A einige
> Sekunden auf vielleicht 8V klemmt bis sie mit Kurzschluss stirbt.

Dann sind IC mit max. Betriebsspannung von 5,5 Volt schon gestorben...

Warum willst Du eigene unzureichende Versuche starten und nicht
Entwicklern mit jahrzehntelanger Erfahrung vertrauen?

Oder denkst Du, dass heutzutage alles anders ist?

von Mani W. (e-doc)


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Wolf17 schrieb:
> Kennt jemand Links zu kleinen SMD-Modulen? Am liebsten mit
> Thermosicherung.

Es ist immer eine Frage der Leistung, die ein Crowbar vernichten
muss, bis die Sicherung durchbrennt...

von Wolf17 (wolf17)


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Ben B. schrieb:
> Die beste Crowbar-Schaltung ist meiner Meinung nach eine
> Schmelzsicherung und dahinter ein durchaus dicker Thyristor

Stimmt.
2A Peaks und 3A Kurzschlusstrom erscheint mir aber zu knapp für eine 
sichere Dimensionierung.
Hat schon mal jemand was mit Thermosicherung erprobt?

von Wolf17 (wolf17)


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Mani W. schrieb:
> Dann sind IC mit max. Betriebsspannung von 5,5 Volt schon gestorben...

Erfreulicherweise halten viele USB Geräte mehr aus, weil die Mimosen mit 
noch weniger Spannung arbeiten und das DC-DC davor robuster ist.

Ich suche aber keinen 100% Schutz, sondern eine Risikoverkleinerung mit 
geringem Aufwand. Meim "unzureichender" Zenerversuch hat da Hoffnung 
bezüglich Kurzschlussverhalten aufkommen lassen.
Wenn es nichts wird, habe ich es zumindest probiert.

von Zino (zinn)


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Falls die Überspannung nicht durch Blitzeinschlag o.ä. verursacht wird, 
ist es vielleicht besser, die 5V-Leitung automatisch zu trennen statt 
kurzzuschließen, z.B. mit einem LP5300C (bis 26 V, handlötfreundlich) 
oder TPS259631 (bis 19 V, Schwelle einstellbar, handlötfreundlich). Es 
gibt natürlich noch viele andere, die aber meist schwieriger zu löten 
und teurer sind und/oder einen externen MOSFET benötigen.

Oder als fertiges Modul mit unbekanntem Chip: 
https://de.aliexpress.com/item/1005001855053619.html

: Bearbeitet durch User
von Zino (zinn)


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Handlötfreundlich -40 bis 60 V, aber teuer und mit externem MOSFET: 
LTC4368

von Wolf17 (wolf17)


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Thorsten S. schrieb:
> Es gibt auch noch SIDACs, die sind mehr wie ein bei Überspannung
> gezündeter Thyristor, also mit viel niedrigerer Klemmspannung, als
> Betriebs- und Trigerspannumg.
> Praktisch eine Crowbar in einem einzigen Bauteil.

Danke für den Tip mit Sidac. Auf den ersten Blick stimmt das 
Schaltverhalten.

Leider passen die Daten nicht
-die gefundenen Triggerspannungen sind zu hoch
-ich habe keine für 3A Dauerstrom gefunden
-die Klemmspannung von einigen Volt bewirkt zu hohe Verluste
-für Pulsanwendung aber ideal

von Wolf17 (wolf17)


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Zino schrieb:
> Falls die Überspannung nicht durch Blitzeinschlag o.ä. verursacht wird,
> ist es vielleicht besser, die 5V-Leitung automatisch zu trennen statt
> kurzzuschließen, z.B. mit
> https://de.aliexpress.com/item/1005001855053619.html

Danke für den tollen Vorschlag und den aliexpress Link zum Modul!

Ich habe mal in einem neuen Thread nach Information zu einem Datenblatt 
gebeten.

Ich denke, das ist eine sehr gute Lösung für mein Problem, auch weil der 
Chip mit 40mR besser als die 130mR vom LP5300 ist.
Er soll bei 5,52V in 50ns abschalten, 2,5A vertragen und es ist ein 
schön kleines fertiges Modul.

Für den LP5300 habe ich nur Quellen für SOT23-6 aber leider keine für 
SOT89 gefunden.

Wenn nicht jemand ein Modul mit noch niederohmigeren externen Fet kennt, 
werde ich das Modul bestellen.

: Bearbeitet durch User
von Wolf17 (wolf17)


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Zino schrieb:
> Oder als fertiges Modul mit unbekanntem Chip:
> https://de.aliexpress.com/item/1005001855053619.html

Mein Dank geht an Zino
Das Modul ist geliefert und eingebaut, funktioniert bestens, macht genau 
was ich brauche. Verwendet wird ein AW33905 von awinic:
https://datasheet.lcsc.com/lcsc/1912111437_AWINIC-Shanghai-Awinic-Tech-AW33905FCR_C401024.pdf

An Zino: Bei Bedarf schicke ich gegen eine mail mit Adresse ein Modul im 
Brief als Belohnung für den Tip.

Mit welchen Suchworten findet man das Modul bei aliexpress? Egal was ich 
probiere, ohne Zinos Link finde ich es nicht!

von Jens G. (jensig)


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Mani W. schrieb:
> Wolf17 schrieb:
>> Gibt es fertige kleine SMD-Crowbarmodule, idealerweise mit
>> Thermosicherung?
>
> Suchst Du unter "Crowbar Modul 5 Volt" - ca. 218 000 Ergebnisse...
> (in 0,21 Sekunden)

Das hast Du wahrlich sehr schnell eingetippt ...

von Zino (zinn)


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Wolf17 schrieb:
> An Zino: Bei Bedarf schicke ich gegen eine mail mit Adresse ein Modul im
> Brief als Belohnung für den Tip.

Danke, nicht nötig, ich habe noch ein paar davon herumliegen.

> Mit welchen Suchworten findet man das Modul bei aliexpress? Egal was ich
> probiere, ohne Zinos Link finde ich es nicht!

Das war bei mir ein Zufallstreffer: Ich kaufte ein paar STM32-Boards und 
schaute, was WeAct sonst noch so anbietet. Dabei fand ich dieses Modul.

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