Bauteiltipp: Polyswitch, selbst rückstellende Sicherung

Polyswitch_800Jeder Mensch, der sich mit Elektronik in irgendeiner Form auseinandersetzt, kennt die Notwendigkeit von Sicherungen. Sie sind sozusagen gewollte Sollbruchstellen, welche beim Überschreiten einer bestimmten Vorgabe einen Vorgang oder eine Funktion unterbrechen. In der Regel wird in elektrischen Anlagen ein bestimmter Maximalstrom vorgegeben, der in der Einrichtung fließen darf. Wird dieser überschritten, muss abgeschaltet werden.

Gerade bei den im Modellbau und der Kleinleistungselektronik vorkommenden Anwendungen, sind große Ströme über  2-3 Ampere eher selten, dieser Beitrag hier gilt in diesem Szenario, Hausanschlüsse und Kernkraftwerke werden nicht berücksichtigt ;-)

Besonders ärgerlich ist es meist, wenn ein nachvollziehbarer Kurzschluss auftritt, der keinen Systemfehler darstellt, sondern durch Fehlbedienung im weitesten Sinne geschieht. Metallgegenstände, die versehentlich über Akkuanschlüsse gelegt wurden, Modelllokomotiven die so ungünstig entgleisen, dass ein Kurzschluss entsteht, es gibt reichlich Situationen, in denen ein zu hoher Strom fließen kann. In komplexeren Systemen kann hier eine intelligente Elektronik helfen, welche einen Überstrom feststellt und Gegenmaßnahmen ergreift, bei einfachen Anwendungen, begrenztem Platzangebot oder schlicht zu hohen Kosten scheidet diese Möglichkeit oft aus. Schmelzsicherungen sind auch kein Allheilmittel, der Aufwand für einen Austausch steht häufig in keinem Zusammenhang zur Fehlerursache.

Hier nun kann der Polyswitch gute Dienste leisten. Im Prinzip ist er ein PTC, ein Widerstand, der mit steigender Temperatur seinen Widerstandswert erhöht. Ich will hier nicht auf die Details zu dieser Bauteileart eingehen, dass findet sich u. a. auch bei Wikipedia.

Es gibt die Polyswitches mit Auslösewerten von einigen Milliampere bis hin zu einigen Ampere, neuerdings auch mit Spannungsverträglichkeit bis 230V, gängig sind allerdings derzeit die Varianten bis ca. 60V. Bei (zu) hohem Stromfluss erwärmen die Switches sich und werden bei erreichen eines bestimmten Wertes hochohmig (nicht lienar), praktisch wird der Verbraucher somit nicht mehr oder nur mit einem sehr geringen Strom versorgt. Sinkt nun die Temperatur, wird der Polyswitch wieder niederohmig, die Schaltung kann erneut arbeiten, die Sicherung hat sich quasi zurückgestellt. Ist der Fehler noch vorhanden, kommt es recht schnell zur Wiederholung des Vorganges. Im Alltag kann man dieses Verhalten auch zum Schutz vor Überhitzung einsetzten, die Wirkung ist gleich.

 

Nachteilig ist natürlich, dass dies keine schnelle Abschaltung ermöglicht. Zum Schutz vor Überlastung an (Modell) Motoren, Lokdecodern, Akkus oder sonstigen Bauteilen, welche eher durch längeren ‚Missbrauch‘ aufgeben, aber eine praktische Sache! In Schaltungen, welche sehr sensibel auf geringe Stromänderungen reagieren muss unter Umständen berücksichtigt werden, dass sie in kaltem Zustand einen geringen Widerstand von ca. 0,2 Ohm besitzen, abhängig auch von der Umgebungstemperatur. Im Alltag setze ich sie z. B. vor den Lokmotoren am Decoderausgang ein, da es trotz angeblichem Überlastschutz immer wieder mal Fälle von durchgebrannten Decodern bei blockierten Motoren gibt. Selbst bei Lokomotiven, welche sehr präzise eingestellt bzw. eingemessen wurden, habe ich bisher keine feststellbaren Unterschiede im Fahrverhalten bemerkt. Zur Anwendung kommen in dem Falle meist 1000 mA Polyswitches. Sie sind tolerant genug, beim Anfahren auch schwerer Züge nicht gleich abzuschalten, trennen aber sehr gut bei anhaltender Überlast.

FusecheckRecht elegant ist daneben auch die Möglichkeit, eine LED samt Vorwiderstand ‚über‘ der Sicherung anzubringen.

Löst der Polyswitch aus, fällt die komplette Spannung an seinen Anschlüssen ab und die LED signalisiert die Überlast. Klappt im Prinzip bei jeder Sicherung, man muss natürlich auf die anzutreffenden Spannungen achten und auch darauf, dass der Leuchtdiodenstrom allein nicht schon ausreicht, um die Schaltung vielleicht doch zu aktivieren. Vorsicht eben! Natürlich ginge auch ein Optokoppler, der wieder einen Transistor oder Controller oder… lassen wir das :mrgreen:

 

 

Elektor Elektronik-News – Modernes Treiber-Array Elektor

Elektronik-A002Ein Tipp für alle, die eine Alternative zum ULN2003 suchen:

Elektor Elektronik-News – Modernes Treiber-Array Elektor.

 

 

Der TPL7407L ist Inhalt des Artikels, laut Datenblatt für Mikrocontroller mit 1,5 – 5V Betriebsspannung geeignet. Die 4V-Angabe im Artikel scheint ein Schreibfehler zu sein.

Elektronik & Modellbau: Experiment mit dem PR4402

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.deIch habe in diesem Artikel eine Schaltung mit dem PR4402 angesprochen, mit der aus einer Akkuspannung von 1,2V die benötigte Spannung für weiße/blaue LEDs von rund 3.1V erzeugt werden kann. Bisher habe ich mich (fast) immer darauf beschränkt, mit diesem Schaltwandler oder Step-up Konverter max. 2 weiße LEDs und einen Mikrocontroller zu versorgen.

Durch Blogleser Heiko ( ;-) ) kam jetzt u. a. die Frage auf, wo wohl die Grenzen der Schaltung liegen, wenn man diese mit mehreren Leuchtdioden betreiben will, die einfach parallel am Ausgang liegen. Da ich dies bisher nicht bis  an’s Limit getrieben habe, ist es nun Zeit für einen (schnellen) Test. Der Fokus liegt hier allerdings NICHT auf der maximalen Helligkeit, sondern mit welcher Anzahl an LEDs die Schaltung noch im Modellbau eingesetzt werden kann. In diesem Bereich hat man oft den Effekt, dass voll ausgereizte Leuchtdioden ohnehin zu hell sind, eher ist Platzmangel das Problem. Also ist man versucht möglichst viele LEDs mit nur einer Schaltung zu versorgen, genau das Ziel dieses Versuchs. Man möge mir den etwas schlampigen Versuchsaufbau verzeihen, soll ja nicht für die Ewigkeit sein ;-)

5V aus PR4402Schema der Wandlerschaltung, folgende Modifikationen bitte berücksichtigen:

L1 =4,7µH, R1 entfernt bzw. überbrückt, Z-Diode D2 entfernt.

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.deOberseite des Step-Up Wandlers. Da ich die Schaltung öfter einsetze, habe ich vor einiger Zeit einige Platinen fertigen lassen. Leider hab ich im Laufe der Zeit einige Bauteilanpassungen durchführen müssen, die Bestückung ist nun etwas improvisiert :oops:
Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de

 

 

 

Wenn es eine Oberseite gibt, existiert natürlich auch eine Unterseite :-)

 

 

 

 

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de

 

 

Kurze Übersicht über den kompletten Aufbau. Wie gesagt, alles auf die Schnelle zusammengebastelt.

Und wie hier schon zu sehen:

Maximal 8 LEDs sind bei dieser Art des Schaltungsaufbaus möglich. Nummer 9 ist auch noch aufgeleuchtet, allerdings mit deutlicher Reduzierung der Gesamthelligkeit.

Spielereien & Experimente mit dem PR4402 und weissen LEDs - www.michael-floessel.de Ich würde sagen, bei 8 LEDs liegt das Limit, wenn man die Schaltung nicht in die Knie zwingen will. Wer auf Nummer Sicher gehen will, sollte bei 6-7 Stück bleiben. Die benutzten Leuchtdioden stammen übrigens aus einem Restpostensortiment, leider habe ich keine genaue Bezeichnung dazu. Bisher habe ich alle Dioden aus dieser Serie aber immer mit 1-20 mA betrieben. Einzig bekannte Daten sind   If=20mA, Uf=3,0V. Standard eben. Ich denke aber, dass sich alle anderen ‚Normal 3V LEDs‘ ähnlich verhalten werden.

Zusammengefasste Daten:

  • Anzahl LEDs: 8
  • Stromaufnahme LED Leiste: 88mA
  • Stromaufnahme gesamter Aufbau: 105mA
  • LED Typ unbekannt, If=max. 20mA, Uf = 3,0V (Laut Hersteller)
  • Versorgung gesamter Aufbau: NIMH Akku 1,2V, 345mA/h
  • Leerlaufspannung des Wandlers ohne Last: 18,2V

Sicherlich alles ein wenig improvisiert, für einen groben Überblick sollte es aber ausreichen. Natürlich wird hier der PR4402 absolut jenseits seiner Spezifikationen betrieben, rechnet also auch mal mit negativen Ergebnissen. Auch über die Lebensdauer kann ich nichts sagen, mir liegen bei dieser Beschaltung keinerlei Langzeiterfahrungen vor. Ich lasse den Aufbau allerdings mal in Betrieb, wenn’s Ausfälle gibt, kommt das selbstverständlich in den Blog.

Die Bauteile an sich sind nicht kritisch. Lediglich der PR4402 muss
natürlich eben dieser sein, andere Induktivitäten können den maximal
verfügbaren Ausgangsstrom der Schaltung reduzieren, siehe auch Datenblatt
zum PR4402
. Wenn man keine Platzprobleme hat, ist natürlich auch keine
SMD Technik notwendig. Ich habe diese Schaltung und diverse Modifikationen schon
mit allen möglichen Restmaterialien aufgebaut, fliegend und auch auf
Lochraster. Lediglich der Ausgangskondensator sollte 1µF nicht übersteigen,
sonst kann die Schaltung Probleme mit dem Anschwingen bekommen. Die Leiterbahnen
so kurz wir möglich halten und nach Möglichkeit auf einen zentralen Massepunkt
achten.