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Schaltung Schutz vor Überspannungen und Unterbrechungen

| Autor: Kristin Rinortner

Mit Überspannungsschutz-Controllern werden Schaltungen vor zu hohen Versorgungsspannungen geschützt. Auch kurze Unterbrechungen in der Spannungsversorgung können überbrückt werden.

Überspannungsschutz: Baustein MAX6495 schützt die Last vor Spannungs-Transienten bis zu 72 V.
Überspannungsschutz: Baustein MAX6495 schützt die Last vor Spannungs-Transienten bis zu 72 V.
(Überspannungsschutz: Baustein MAX6495 schützt die Last vor Spannungs-Transienten bis zu 72 V.)

Mit Überspannungsschutz-Controllern werden Schaltungen vor zu hohen Versorgungsspannungen effektiv geschützt. Das folgende Schaltungsbeispiel ermöglicht es, dass darüber hinaus auch kurze Unterbrechungen in der Spannungsversorgung überbrückt werden können.

Viele Anwendungen, u.a. in der Kfz-Elektronik, benötigen eine Versorgungsspannung, die auch bei kurzen Spannungsausfällen aufrecht erhalten bleibt. Die in Bild 1 dargestellte Schaltung ermöglicht dies, unabhängig von kurzen Unterbrechungen oder Kurzschlüssen in der Versorgung. Der Überspannungsschutz Baustein (MAX6495) schützt die Last ebenfalls vor Spannungs-Transienten bis zu 72 V.

Die nominale Eingangsspannung dieser Schaltung beträgt 13 V. Bei kurzen Spannungsunterbrechungen versorgt die (große) Kapazität C1 den Eingang des DC/DC-Wandlers für bis zu 5 ms mit Energie. Während eines Kurzschlusses in der Versorgung sorgt die Schaltung ebenfalls für unterbrechungsfreie Energiezufuhr, da sie auch eine Entladung der Kapazität C1 durch die kurzgeschlossene Versorgung verhindert.

Fallen die 13 V durch Kurzschluss am Eingang ab, muss die Kapazität C1 vor Entladung geschützt werden. Dies wird durch die Transistoren Q1 und Q2 bewerkstelligt. Der Spannungsabfall am Gate von Q1 schaltet diesen durch und verbindet die ca. 13 V an C1 mit dem Gate von Q2, was diesen ebenfalls durchschaltet. Dadurch wird die integrierte Ladungspumpe am GATE-Pin entladen und die Durchgangstransistoren Q3 – Q4 schalten ab. Somit kann C1 nicht über den Kurzschluss entladen werden und die Ausgangsspannung bleibt durch diese Störung unberührt.

Die Gateladung der Transistoren Q3 und Q4 sollte niedrig sein, um ein schnelles Ein- und Ausschalten zu ermöglichen. UDS(max) sollte groß genug sein, um die höchsten zu erwartenden Spannungsspitzen zu verkraften und RDS(on) von Q3 – Q4 niedrig, um den Spannungsabfall sowie den Leistungsverlust möglichst niedrig zu halten.

Der Kapazitätswert für C1 ist von der Leistung der Last, dem größten akzeptablen Spannungsabfall und der Dauer der zu erwartenden Unterbrechung der Eingangsspannung abhängig.

Die im Kondensator gespeicherte Energie berechnet sich nach folgenden Beziehungen:

E = 1/2 C U2

mit C = 2P Δt / (ΔU)2 ergibt sich

E = P Δt = 1/2 C (ΔU)2

E = gespeicherte Energie

C = Kapazität

ΔU = maximaler Spannungsabfall

P = Energieverbrauch der Last

Δt = erwartete Ausfalldauer der Eingangsspannung

Der Autor: Ronald Moradkhan arbeiter bei Maxim Integrated Products.

Über den Autor

 Kristin Rinortner

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