Wie man Elektronikdesigns vor Leistungsspitzen schützt

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Leistungsspitzen schnell blockieren

Außerhalb von Telekomanwendungen ist die Gefahr von Leistungsspitzen auf Grund von Schwankungen in der Leistungsversorgung groß und oft nicht vorhersehbar. Viele Elektroniksysteme, die eine Surge-Schutzschaltung erfordern, werden in beschränkten Platzverhältnissen eingesetzt, z.B. in der Luft- und Raumfahrt oder Verteidigung. Diese Lösungen dürfen daher nur sehr wenig Platz auf der Leiterplatte beanspruchen. Wie auch die Telekommunikation erfordern diese Anwendungen einen unterbrechungsfreien Betrieb und somit eine stabile Schutzlösung, um Leistungsfähigkeit, Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Bild 2: Beispiel eines TBU-Bauteils mit Klemmschaltung (Archiv: Vogel Business Media)

Dabei ist zu berücksichtigen, dass Surges nicht nur durch Blitzschlag oder Power-Cross-Situationen entstehen, sondern unter Umständen auch durch Fehlverhalten von Bedienpersonal oder Unfälle. TBU-Bauteile bieten hohe Geschwindigkeit und Bandbreite und eignen sich nicht zuletzt auf Grund des geringen Platzbedarfs und ihrer Einfachheit optimal für diese Designs. Die Schaltung in Bild 2 zeigt das Beispiel eines TBU-Bauteils mit Klemmschaltung.

Die Auswahl des passenden TBU-Bauteils

Bei schnellen Transienten in der Signalleitung reagiert das TBU-Bauteil sofort und schaltet auf einen hochohmigen Zustand um. Der Überspannungsschutz rechts neben dem Bauteil sorgt für ein „Abklemmen“ der Hochspannung und verhindert, dass die Spitzenspannung die Nennspannung der TBU überschreitet. Tritt in der Leitung ein Fehler auf, beginnt Strom durch das TBU-Bauteil zur Klemmschaltung zu fließen.

Wenn die Referenzspannung der Klemme sinkt, fließt zusätzlicher Strom durch das TBU-Bauteil. Kurz bevor der Auslösewert des Bauteils erreicht wird, kann schon ein leichter Anstieg des Strompegels zum Überschreiten des Auslösewerts führen, und die TBU wechselt in den Schutzzustand.

Mit einem TBU-Bauteil lässt sich diese Schaltung auf mehrere Arten schützen. Die Technologie ist in vielerlei Hinsicht einfacher, denn das Bauteil arbeitet im Falle einer Leistungsspitze mit der Komponente Strom und nicht mit der komplexeren Spannungskomponente. Damit ist es einfacher, innerhalb einer TBU-Kategorie ein geeignetes Bauteil entsprechend dem Strompegel auszuwählen, der für das jeweilige Design erforderlich ist.

Bei der Auswahl eines Bauteils ist der Höchststrom zu berücksichtigen, für den das Design jeweils ausgelegt ist. Für eine RS-232-Schnittstelle beispielsweise beträgt dieser Wert 25 mA. Will man eine Toleranz von 50% zum Schutz vor sonstigen Leistungsspitzen vorsehen, so würde man eine TBU für 50 mA wählen. Auf Grund der hohen Genauigkeit dieser Technologie gelangen bei einem 200-mA-TBU-Bauteil tatsächlich nur maximal 200 mA zum Verbraucher.

Vielseitige, zuverlässige und günstige Bauteile

Die TBU-Technologie schützt empfindliche Geräte vor Störungen in der Leistungsversorgung und bietet extrem hohe Geschwindigkeit, präzise Ausgangsstrombegrenzung, sehr hohe Bandbreite und kleine Abmessungen. Damit erfüllen die TBUs die Spezifikationen gemäß der Normen IEC61000-4-5, Telcordia GR-1089 und ITU K.20/K. Sie ermöglichen eine automatische Koordination der Schutzfunktionen und eignen sich für Datenraten im GHz-Bereich. Gleichzeitig nehmen sie nur wenig Platz auf der Leiterplatte in Anspruch. TBU-Bauteile sind eine einfache und effiziente Schutzlösung für den Schaltungsschutzentwurf und eignen sich für einen breiten Anwendungsbereich.

Mit TBUs lassen sich empfindliche Elektroniksysteme in vielen verschiedenen Anwendungen wirkungsvoll schützen, ohne dass sich die Entwickler mit der Problematik der Primär-/Sekundärstufen-Koordination befassen müssen. Wie im obigen Beispiel dargestellt, bieten TBU-Bauteile beim Schaltungsentwurf Flexibilität in puncto Leiterplattenfläche, Schutzschema und zusätzliche Komponenten.

Mit kostengünstigen, niederohmigen TBU-Bauteilen sind in Hochfrequenzanwendungen maximale Bandbreiten bei umfassendem Schaltungsschutz gewährleistet. All diese Vorzüge sind in einem einzigen Gehäuse vereint. TBU-Lösungen eignen sich damit optimal für Applikationen, die einen präzisen und konstanten Betrieb erfordern und häufigen Fehlerzuständen ausgesetzt sind, wobei die Zuverlässigkeit des Schutzbauteils und die der geschützten Schaltung gewährleistet ist.

*Paul Wiener ist Produktmarketing-Manager bei Bourns.

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