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Einschaltstrombegrenzung mit drahtgewickeltem Festwiderstand bietet Vorteile

Dagegen bietet ein drahtgewickelter Festwiderstand im Vergleich zu einem NTC folgende Vorteile:

• Ein drahtgewickelter Festwiderstand besitzt einen konstanten Ohmwert. Eine zuverlässige Einschaltstrombegrenzung ist somit stets gewährleistet, selbst bei einem spontanen Wiedereinschalten einer noch nicht ausreichend abgekühlten Stromversorgung oder bei sehr kurzzeitigen Netzausfällen.

• Der Nennwiderstand eines drahtgewickelten Widerstands hat eine Toleranz von ±5% und ist nahezu temperaturunabhängig. Es lassen sich somit für sämtliche Betriebsbedingungen die Einschaltstromstoß-Höhe, der Ladestrom und die Ladezeit genau vorhersagen.

• Im Gegensatz zu einem Keramik-basierenden NTC verfügt ein drahtgewickelter Festwiderstand über eine spezifizierte hohe transiente Impulsspannungsfestigkeit (Surge) und ist somit das robustere Bauteil.

• Ein korrekt dimensionierter drahtgewickelter Festwiderstand verändert selbst nach sehr vielen Schaltzyklen (>500.000 Ein-/Aus-Zyklen) seinen ursprünglichen Widerstandswert nur um etwa 2% bis 3%.

• Für den Fehlerfall einer direkt an dem Festwiderstand anliegenden Netzspannung (90 bis 270 V_AC) besitzt der Widerstand eine genau spezifizierte Fail-Safe-Eigenschaft. Er löst innerhalb von nur wenigen Sekunden aus, ohne dass ein Lichtbogen, ein Knall, eine Flamme oder eine Explosion entsteht. Die Schaltung wird somit sicher und dauerhaft vom Netz getrennt.

• Um dem Fehlerfall einer an dem drahtgewickelten Festwiderstand anliegenden niedrigeren Spannung als der Netzspannung (z.B. bei einem niederohmigen Ausfall des DC-Link-Kondensators) Rechnung zu tragen, kann in dem Widerstand eine thermische Sicherung integriert werden. Beim Überschreiten einer spezifizierten Auslösetemperatur trennt die thermische Sicherung die Schaltung sicher vom Netz. Der Festwiderstand besitzt somit auch für diesen Fehlerfall eine spezifizierte Fail-Safe-Eigenschaft.

• Es sind Gleichrichterdioden mit einer sehr hohen Einschaltstromstoß-Festigkeit am Markt verfügbar, z.B. 100 A. Daher reicht häufig ein niedriger Ohmwert aus, um die Einschaltströme auf eine maximal zulässige Höhe zu begrenzen. Im Gegensatz zu einem NTC ermöglicht die Verwendung eines entsprechend niederohmigen drahtgewickelten Festwiderstands ein stets schonendes und gleichmäßiges Laden des DC-Link-Kondensators unter sämtlichen Betriebsbedingungen, eine höhere Schaltungsrobustheit sowie ein spezifiziertes Fail-Safe-Verhalten im Fehlerfall.

Werden NTCs oder Festwiderstände als Einschaltstrombegrenzer verwendet, verringert dies den Gerätewirkungsgrad. Daher ist es für Geräte sämtlicher Leistungsklassen die Energieeffizienteste Lösung, den Einschaltstrom begrenzenden Widerstand nach dem Laden des DC-Link-Kondensators mit einem Schaltelement (z.B. Relais, Triac, IGBT) zu überbrücken (Bild 2).

Bildergalerie

In diesem Konzept finden auch PTCs als Einschaltstrombegrenzende Bauelemente Anwendung. Ein PTC (Kaltleiter) ist ein temperaturabhängiger Widerstand, dessen Widerstandswert sich mit zunehmender Temperatur erhöht.

Vorteile von drahtgewickelten Festwiderständen gegenüber PTCs in Bypass-Schaltungen

In einer Bypass-Schaltung bietet ein drahtgewickelter Festwiderstand im Vergleich mit einem PTC folgende Vorteile:

• Aufgrund des Energie-Transfers beim Laden des DC-Link-Kondensators erwärmt sich ein PTC und erhöht seinen bei 25 °C spezifizierten Widerstandswert. Darüber hinaus unterliegt sein Widerstands-/Temperatur-Verhältnis einer Spannungsabhängigkeit. Daher ist es schwierig, den Ladestrom und die Ladezeit für die tatsächlich herrschenden Betriebsbedingungen vorherzubestimmen. Im Extremfall besteht ein Risiko, dass die DC-Link-Kondensatoren nicht vollständig geladen werden.

• Die Toleranz des Nenn-Widerstandwerts eines PTCs beträgt typischerweise ±25%. Hingegen beträgt die Toleranz eines drahtgewickelten Festwiderstands nur ±5%, die Streuung seines Widerstandswerts bei verschiedenen Produktionschargen ist entsprechend geringer und sein Widerstandswert ist nahezu temperaturunabhängig. Bei der Verwendung eines drahtgewickelten Festwiderstands lässt sich somit für sämtliche Betriebsbedingungen die Einschaltstromstoß-Höhe, der Ladestrom und die Ladezeit exakt vorherbestimmen und eng eingrenzen. Ein vollständiges Laden des DC-Link-Kondensators ist immer gewährleistet.

• Beim gleichen Nennwiderstand führt die engere Toleranz des drahtgewickelten Festwiderstands dazu, dass die Schaltung mit weniger hohen Einschaltströmen belastet werden kann.

• Ein korrekt dimensionierter drahtgewickelter Festwiderstand verliert selbst nach sehr vielen Schaltzyklen (>500.000 Ein-/Aus-Zyklen) nur ca. 2% bis 3% seines ursprünglichen Widerstandwerts.

• Ein korrekt dimensionierter drahtgewickelter Festwiderstand verändert selbst nach sehr vielen Schaltzyklen (>500.000 Ein-/Aus-Zyklen) seinen ursprünglichen Widerstandswert nur um etwa 2% bis 3%.

• In Applikationen, die bereits im Einschaltmoment eine hohe Umgebungstemperatur besitzen können (z.B. Umwälz-Pumpen für Warmwasser), kann die Verwendung von PTCs zu niedrigeren Ladeströmen und zu längeren Ladezeiten führen.

• Im Gegensatz zu einem Keramik-basierenden PTC verfügt ein drahtgewickelter Festwiderstand über eine spezifizierte hohe transiente Impulsspannungsfestigkeit.

• Im Fehlerfall (z.B. wenn der Kondensator in Kurzschluss geht oder das Schaltelement ausfällt) wird ein PTC stark hochohmig. Diese Funktion wird als Selbstschutz bezeichnet. Nach dem Abkühlen wird der PTC wieder niederohmig und kann weiter verwendet werden, die Ursache für den Fehlerfall in der Schaltung besteht jedoch weiterhin.

• Ein drahtgewickelter Festwiderstand löst entsprechend seinem definierten Auslöse-Verhalten sicher aus und wird dadurch sehr hochohmig. Dies entspricht dem Selbstschutz-Verhalten eines PTCs. Ein einmal ausgelöster drahtgewickelter Festwiderstand trennt die elektronische Schaltung dauerhaft vom Netz. In der Folge ist es möglich, die Fehlerursache zu analysieren.

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