Verpolungsschutz: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 16. Mai 2009, 19:16 Uhr

Ein Verpolungsschutz wird in der Spannungsversorgung eines Verbrauchers (Gerätes) eingesetzt. Die Schutzschaltung verhindert entweder die falsche Polarität oder begrenzt den durch diese Verpolung entstehenden Schaden.

Verpolungsschutz mit Dioden

• Variante 1: Eine Diode wird in Reihe mit der Versorgungsspannung geschaltet.
  • Funktion: Bei Verpolung sperrt die Diode. Der Verbraucher erhält keinen Strom.
  • Vorteil: Nur eine Diode nötig.
  • Nachteil: Verlustleistung, Spannungsabfall, Durchlaßstrom der Diode müssen beachtet werden.

• Variante 2: Eine Diode wird antiparallel zur Versorgungsspannung geschaltet. Zusätzlich eine Sicherung in der Zuleitung.
  • Funktion: Bei Verpolung schließt die Diode die Versorgungsspannung kurz. Die Sicherung spricht an und verhinder den echten Kurzschluss sowie das Durchbrennen der Diode.
  • Vorteil: Bei korrekter Polung hat die Schutzschaltung keinen Einfluß auf den Rest der Schaltung.
  • Nachteil: Bei Verwendung von normalen Sicherungen ist nach einer Verpolung ein Wechsel notwendig.
• Varinate 2b: wie Variante 2, nur statt einer normalen Diode wird eine unipolarer Überspannungsschutz (z.B. 1.5KE12A) benutzt.
  • Vorteil: bietet zusätzlichen Schutz vor zu hoher Spannung.
  • Nachteil: teurer als normale Diode

Verpolungsschutz mit MOSFETs

Verpolungsschutz mit N-MOSFET

Für den Verpolungsschutz mit einem MOSFET wird der FET andersherum als sonst üblich benutzt, also beim N-Kanal FET mit Drain zur negativen Seite der Spannungsquelle. Anfangs fließt der Strom über die interne Diode im MOSFET. Wenn etwa 2-4 V erreicht sind leitet dann zusätzlich der eigentliche MOSFET. Für Spannungen die sicher unter etwa 20V (maximale Gate-Source Spannung) sind kann man auf die Diode, Zenerdiode und den Widerstand verzichten.

• Variante 1: n-Kanal-MOSFET in Reihe mit der negativen Spannungsversorgung (GND)
  • Vorteil: sehr geringer Spannungsabfall, Überspannung kann zur Quelle abgleitet werden
  • Nachteile: Mindestspannung ca. 4 V, mit Logic-Level Fets ca. 2 V, ein Elko in der Schaltung bietet keinen Schutz vor Spannungseinbrüchen auf der Batterieseite, Stromverbrauch bei Spannungen über etwa 20 V, oft teurer als Diode

• Variante 2: p-Kanal-MOSFET in Reihe mit der positiven Spannungsversorgung
  • Vorteil: wie Variante 1
  • Nachteile: wie Variante 1, Logic-Level Fets selten, oft teurer als N-MOSFET

Verpolungsschutz mit anderen Bauteilen

• Variante 1: Vorgeschalteter Brückengleichrichter.
  • Funktion: siehe Gleichrichter
  • Vorteil: Es liegt immer die richtige Polarität am Verbraucher an, auch wenn beim Anschluss die Leitungen vertauscht werden.
  • Vorteil: Verträgt auch Wechselstrom als Speisequelle.
  • Nachteil: Spannungsabfall (ca. 1.4 V) und Verlustleistung am Brückengleichrichter
  • Nachteil: Schaltungsmasse (GND) ist um 0,7V Potentialverschoben zu der Versorgungsspannung.

• Variante 2: Relais schaltet mit Hilfe einer Diode die Versorgungsspannung zum Verbraucher.
  • Vorteil: Kaum Spannungsabfall an den Schaltkontakten.
  • Nachteile: Aufwendig. Zusätzliche Verlustleistung in der Relaisspule. Kein Schutz vor Pulsen mit falscher Polung.

• Variante 3: Ähnlich wie mit MOSFET, aber mit normalem Transistor
  • Vorteile: für Spannungen ab ca. 1 V möglich, kleiner Spannungsabfall (<100mV), ggf. auch als Strombegrenzung
  • Nachteile: Stromverbrauch (Basistrom), Schutz nur bis etwa 5V, ggf. etwas Leckstrom

Links

Schutz mit MOSFETS (englisch)

Autor

--Williwilli 14:54, 11. Dez 2008 (CET)