Ein Kurzschlussschutzschaltkreis (Crowbar-Schaltkreis) ist ein elektrischer Schaltkreis , der die angeschlossenen Schaltungen vor Überspannungen oder Spannungsspitzen eines Wechselstromnetzteils schützt. Er funktioniert durch einen Kurzschluss oder einen niederohmigen Pfad an der Ausgangsspannung (V <sub>o</sub> ). Crowbar-Schaltkreise werden häufig mit Thyristoren , TRIACs , Trisils oder Thyratrons als Kurzschlussbauelementen realisiert . Nach dem Auslösen reagiert der Schaltkreis auf die Strombegrenzungsschaltung des Netzteils oder, falls diese versagt, auf das Durchbrennen der Sicherung oder das Auslösen des Leitungsschutzschalters .

Der Name leitet sich davon ab, dass er die gleiche Wirkung hat wie das Überwerfen einer Brechstange über freiliegende Netzteilanschlüsse, um den Ausgang kurzzuschließen.

Beispiel

Im folgenden Beispiel einer Kurzschlussschaltung steuert der einstellbare Zenerregler LM431 das Gate des TRIAC . Der Spannungsteiler aus R1 und R2 liefert die Referenzspannung für den LM431. Der Teiler ist so eingestellt, dass die Spannung an R2 im Normalbetrieb etwas niedriger als V <sub>REF</sub> des LM431 ist. Da diese Spannung unter der minimalen Referenzspannung des LM431 liegt, bleibt dieser gesperrt und es fließt nur sehr wenig Strom. Bei entsprechender Dimensionierung des Kathodenwiderstands fällt nur eine sehr geringe Spannung an ihm ab, und der Gate-Anschluss des TRIAC liegt im Wesentlichen auf dem gleichen Potenzial wie MT1, wodurch der TRIAC gesperrt bleibt. Steigt die Versorgungsspannung, übersteigt die Spannung an R2 V<sub> REF </sub> , und die Kathode des LM431 beginnt Strom zu ziehen. Die Spannung am Gate-Anschluss wird auf Masse gezogen, überschreitet die Gate-Triggerspannung des TRIAC und schaltet ihn ein. Dabei fließt überschüssiger Strom von der Leitung V+ – V <sub>0</sub> nach Masse (GND).

Überblick

Ein Kurzschlussschutzschalter unterscheidet sich von einer Stromzange dadurch, dass er nach dem Auslösen die Spannung unter den Auslösepegel, üblicherweise nahe Masse , senkt . Eine Stromzange hingegen verhindert, dass die Spannung einen voreingestellten Wert überschreitet. Daher kehrt ein Kurzschlussschutzschalter nicht automatisch in den Normalbetrieb zurück, sobald die Überspannung behoben ist; die Stromzufuhr muss vollständig unterbrochen werden, damit der Kurzschlussschutzschalter in seinen neutralen Zustand zurückkehrt.

Ein aktiver Kurzschlussschutz (Crowbar ) unterbricht den Kurzschluss nach Abklingen des transienten Fehlers und ermöglicht so die Wiederaufnahme des normalen Betriebs. Aktive Kurzschlussschutzschaltungen nutzen anstelle eines Thyristors einen Transistor, einen GTO-Thyristor (Gate Turn Off) oder einen zwangskommutierten Thyristor. Sie werden häufig zum Schutz des Frequenzumrichters im Rotorkreis doppelt gespeister Generatoren vor hohen Spannungs- und Stromspitzen eingesetzt, die durch Spannungseinbrüche im Stromnetz verursacht werden . Dadurch kann der Generator den Fehler überbrücken und den Betrieb auch während eines Spannungseinbruchs schnell wieder aufnehmen .

Der Vorteil eines Kurzschlussdrahts gegenüber einer Klemme liegt darin, dass die niedrige Haltespannung des Kurzschlussdrahts es ermöglicht, höhere Fehlerströme zu leiten , ohne viel Leistung zu verlieren (was andernfalls zu Überhitzung führen könnte). Außerdem ist es wahrscheinlicher als bei einer Klemme, dass ein Gerät deaktiviert wird (indem eine Sicherung durchbrennt oder ein Schutzschalter auslöst), wodurch die Aufmerksamkeit auf das defekte Gerät gelenkt wird.

Der Begriff wird auch als Verb verwendet, um das Kurzschließen des Ausgangs eines Netzteils oder die Fehlfunktion einer CMOS- Schaltung zu beschreiben – die PMOS-Hälfte eines Paares verbleibt in einem nahezu eingeschalteten Zustand, obwohl nur der entsprechende NMOS eingeschaltet sein sollte (oder der NMOS, obwohl der PMOS eingeschaltet sein sollte) – was zu einem nahezu kurzschlussartigen Strom zwischen den Versorgungsleitungen führt.

Anwendungen

Hochspannungs-Crowbars werden zum Schutz von Hochspannungsröhren ( Klystron und IOT ) verwendet.

Viele Tischnetzteile verfügen über eine Überbrückungsschaltung zum Schutz der angeschlossenen Geräte.

Mikrowellenöfen verwenden häufig einen Mikroschalter , der als Kurzschlussschutz im Türschloss dient. Dieser Überwachungsschalter verhindert, dass das Magnetron bei geöffneter Tür mit Strom versorgt wird, indem er die Stromzufuhr zum Magnetron kurzschließt. Wird das Gerät bei geschlossenem Überwachungsschalter eingeschaltet, brennt die Hauptsicherung durch und der Mikroschalter wird zerstört. [ 1 ]

Siehe auch

Referenzen

Weiterführende Literatur

  • Paul Horowitz und Winfield Hill, The Art of Electronics, Dritte Auflage , Seiten 598,690-691, Cambridge University Press, 2015.
  • Paul Horowitz und Winfield Hill, The Art of Electronics The X Chapters, First Edition , pages 353,393,395,412,413, Cambridge University Press, 2020.
  • Paul Scherz und Simon Monk, Praktische Elektronik für Erfinder, Vierte Auflage , Seite 710, Cambridge University Press, 2016.
  • Paul Horowitz und Winfield Hill, The Art of Electronics, Zweite Auflage , Seiten 318-319, Cambridge University Press, 1989.