Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Eine einfache elektronische Sicherung
HF-Leistungstransistoren sind die teuersten Halbleiter eines Sender, besonders wenn sie hohe Leistungen bei sehr hohen Frequenzen erzeugen sollen. Beim Experimentieren - sei es Aufbau, Abgleich, Reparatur oder "nur" in Optimierungsversuch - sind sie auf die eine oder andere Weise immer gefährdet. Es empfiehlt sich also, eine elektronische Sicherung in die Betriebsspannungsleitung zu schalten, deren Auslösestrom auf den jeweils zulässigen Wert einstellbar ist.
In Anlehnung an die Beschreibung in (1) habe ich eine Positivpol-Sicherung aufgebaut, die mit wenig Aufwand zu realisieren ist und den heutigen Verhältnissen, das heißt 12-V-Betrieb bei hohen Strömen, angepaßt ist.
Anforderungen und Daten
Die Schaltung soll als Zweipol arbeiten, also wie eine Schmelzsicherung.
Sie soll einen großen Spielraum für Spannung ui d Strom aufweisen, ohne daß Bauteile geändert werden müssen.
Nach dem Ansprechen soll nur ein geringer Reststrom fließen können.
Das Mustergerät weist folgende Daten auf:
Abschaltbare Spannung: Ubmax = 20 V
Zulässiger Dauerstrom: Ibmax = 5 A
Spannungsabfall an der Sicherung Uab:
| Ib (A) | Uab (Bild 1) | Uab (Bild 2) |
|---|---|---|
| 0,1 | 1,4 V | - |
| 1 | 1,6 V | 9,2 V |
| 2 | 1,9 V | 0,6 V |
| 5 | 3,5 V | 2,6 V |
Reststrom nach Auslösen (bei Ub = 12 V): 9 mA
Schaltungsbeschreibung
Die in Bild 1 wiedergegebene Schaltung hat im Hauptstromkreis den Leistungs-Darlington-Transistor T1, dessen Kollektor mit der positiven Klemme des Netzteils verbunden wird. Der Emitter stellt den Ausgang zum Verbraucher dar. Der Transistor T2 ist gesperrt, also hochohmig, so daß über den Widerstand R1 eine gegen den Emitter positive Spannung an die Basis von T1 gelangt und diesen durchschaltet.
Bild 1: Diese elektronische Sicherung kann Verbraucher bis zu 5 A schützen.
Zwischen Kollektor und Emitter von T1 entsteht je nach Verbraucherstrom ein mehr oder weniger großer Spannungsabfall, der auch am Spannungsteiler aus R2 und P1 anliegt. Hier wird ein Teil abgegriffen und über die Diode D1 der Basis von T2 zugeführt. Solange die abgegriffene Spannung kleiner ist als die Summe der Schwellenspannungen von D1 und Basis-Emitter von T2, bleibt T2 gesperrt und somit die Sicherung leitend.
Bei höherem Verbraucherstrom und somit größerem Spannungsabfall an T1 beziehungsweise an P1 wird schließlich die abgegriffene Spannung so hoch, daß T2 leitend wird. Dadurch wird T1 gesperrt und die volle Betriebsspannung liegt an der Sicherung; es fließt nur noch der geringe Reststrom, der für den Verbraucher unschädlich ist. Dieser Zustand bleibt so lange bestehen, bis entweder das Netzteil abgeschaltet oder der Verbraucher von der Sicherung getrennt wird. Bleibt noch zu erwähnen, daß der Kondensator C1 ein vorzeitiges, unerwünschtes Auslösen der Sicherung durch steile Stromanstiegsflanken verhindern soll. Sein Wert sollte aus Sicherheitsgründen eher kleiner als größer gewählt werden.
Vermindern des Spannungsabfalls
Der Spannungsabfall Uab ist nicht zu vernachlässigen und besonders dann störend, wenn der Verbraucher keinen konstanten Strom zieht - wie zum Beispiel ein SSB-Verstärker oder ein NF-Leistungsverstärker. Eine gewisse Verbesserung läßt sich durch eine sehr einfache Maßnahme erzielen, nämlich durch einen Vorstrom. Dazu zeigt Bild 2 einen Grundlastwiderstand von 100 Ω, der einen Vorstrom von 120 mA (bei 12 V) fließen läßt. Damit verringert sich der Spannungsabfall um etwa 1,4 V, wie die Tabelle im Abschnitt 1 zeigt.
Bild 2: Durch eine geringe Vorlast läßt sich der Spannungsabfall verringern.
Vollständig eliminiert man den Spannungsabfall an der elektronischen Sicherung, wenn man - wie Bild 3 zeigt - die Stabilisierung erst hinter ihr vornimmt. Man baut also die elektronische Sicherung mit der Löschtaste Lt in das Netzgerät zwischen Gleichrichter/ Ladekondensator und Stabilisator. Einschränkend gilt allerdings, daß die Spannung am Ladekondensator nun um minimal 4 V höher sein muß als ohne die Sicherung, wenn 5 A fließen.
Bild 3: Gänzlich eliminieren kann man den Spannungsabfall durch Einbau der elektronischen Sicherung zwischen Gleichrichter und Stabilisator.
Mechanischer Aufbau
Aufgrund der geringen Zahl der Bauteile habe ich beim Bau auf eine Platine verzichtet. Wie man in Bild 4 sieht, lassen sich die 6 Teile im Inneren eines Kühlkörpers der Größe 115 × 75 × 25 sauber freitragend montieren.
Bild 4: Der Musteraufbau hat einen bis 5 A ausreichenden Kühlkörper.
Falls man die Sicherung in ein Netzteil integriert und den Transistor T1 an passender Stelle am Gehäuse montiert, kann der Kühlkörper entfallen. Welcher Maximalstrom möglich ist, hängt von der Größe des Kühlkörpers und von T1 ab. Ganz ohne Kühlkörper kann man mit dem MJ3001 bis etwa 2 A gehen. Das Potentiometer P1 dient zum Einstellen des gewünschten Auslösestroms. Man probiert ihn vor Anwenden der Sicherung mit verschiedenen Lastwiderständen aus. Bei häufig wechselnden Stromwerten ist dies allerdings lästig und zeitraubend. Es kann dann sinnvoll sein, das Potentiometer durch einen Schalter mit 6 oder 12 Stellungen und einmal ausgemessene Festwiderstände zu ersetzen. Die Schalterstellungen kann man mit den gemessenen Auslöseströmen beschriften - was für die Potentiometerachse aber auch möglich ist.
Die Bauelemente sind recht unkritisch. Das Potentiometer muß eine lineare Kennlinie haben. Als Diode eignet sich jeder moderne Silizium-Schaltertyp. Der Transistor T2 sollte eine hohe Stromverstärkung aufweisen, er muß aber kein Metallgehäuse haben - der modernere BC413C beispielsweise sollte sich ebenso eignen. Der NPN-DarlingtonTransistor MJ 3001 (oder MJ3000) kann nicht durch einen einfachen Transistor wie beispielsweise den Typ 2N3055 ersetzt werden, auch wenn einen das gleiche Gehäuse dazu verführen möchte, weil nur Darlington-Ausführungen eine ausreichend hohe Stromverstärkung aufweisen. Man kann statt des angegebenen alten Motorola-Typs moderne Typen im Kunststoffgehäuse verwenden, so zum Beispiel den Typ BD675 (Siemens), der 45 V und 5 A verträgt.
Literatur
DC7EP, Lothar Damrow.