Fragen zu Dioden und TVS-Dioden

[Unregistriert]

Hi,
ich war auf der Suche nach einer Verpolungsschutzschaltung für ein Bastelprojekt und bin auf diese Seite gestoßen:

http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schutzschaltungen#Verpolungsschutz _mit_Dioden

Die Varianten 2 und 2b gefallen mir am besten, nur weiß ich über Dioden und TVS-Dioden leider nicht sehr viel. Also im Stromkreis fließen 12 V und das ganze soll mit einer Feinsicherung F 5A abgesichert werden. Das Funktionsprinzip der Variante 2 mit der Diode hab ich verstanden, dass sie sperrt wenn die Polung korrekt ist und dass bei Verpolung durch einen provozierten Kurzschluss die Sicherung abgeschossen wird.

Die Variante 2b gefällt mir wegen dem zusätzlich vorhandenen Überspannungsschutz noch besser, jedoch würde ich gerne mehr über diese TVS-Dioden erfahren. Mein momentaner Wissensstand ist, dass sie sich grundsätzlich mal verhält wie jede andere Diode auch, aber bei Überschreiten einer gewissen Spannung (z. B. 15,3 V bei einer P6KE18A) auch in Sperrrichtung leitend wird.

Jetzt zu meinen Fragen:

1. Mal angenommen, man legt an eine P6KE18A in Sperrrichtung eine Spannung größer als 15,3 V an, wird die Diode leitend, hab ich das richtig verstanden?

2. Mal angenommen, der unter 1. angenommene Fall spielt sich in der gezeigten Variante 2b der Verpolungsschutz-Vorschläge ab, wird die TVS-Diode in diesem Fall zerstört?

3. Wäre die P6KE18A die richtige Diode für meine Schaltung, und für den Fall dass ich doch nur eine normale Diode verwenden würde, welche müsste es sein?

Für Antworten wär ich euch sehr dankbar :)

[PICture]

Hallo !

Eine TVS Diode kann man vereinfacht als eine Zener-Diode mit bestimmtenr Leistungsverlust betrachten. Siehe dazu: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/dccomponents/P6KE110.pdf .

Antworten auf deine Fragen:

1. Ja.

2. Ja, wenn ihre Verlustleistung überschritten wird. Das hängt von Sicherung ab.

3a. Das kann man nur praktisch per Temperaturmessung ermitteln.

3b. Sie muss die unverpolte Spannung und den Strom beim umpolen bis durchbrennen der Sicherung aushalten.

Ohne Spannung- und Stromdaten mag ich echt nicht Raten. :D

[Unregistriert]

Hmja also der maximale Strom sollte 5 A betragen, daher auch die Sicherung (F 5A) und die Spannung ist 12V.

[Unregistriert]

Ich geb dir gern noch weitere Infos, musst halt sagen was dir noch fehlt. Bin wie gesagt nicht so versiert, was dieses Thema anbelangt.

[Peter(TOO)]

Hallo,

1. Mal angenommen, man legt an eine P6KE18A in Sperrrichtung eine Spannung größer als 15,3 V an, wird die Diode leitend, hab ich das richtig verstanden?
Qualitativ verhalten sich eigentlich alle Dioden gleich.
Bei den speziellen Dioden sind nur bestimmte Merkmale optimiert wurden.
Zenerdioden mit einer Spannung über etwa 5.5V sind eigentlich Avalanche-Dioden. Jede Diode hat eine maximale Sperrspannung, irgendwo darüber wird sie dann zur Avalanche-Diode. Eine Zenerdiode ist halt einfach auf eine bestimmet Spannung hin optimiert und auf einen möglichst kleinen Differenziellen Widerstand.
Die TVS-Dioden sind auf etwas mehr Leistung, sehr kleinen differenziellen Widerstand und hohe kurze Spitzenströme optimiert. Die angegbene P6KE18A verträgt für 1ms 600W.

Das mit den 15.3V stimmt so nicht ganz:
Bei 15.3V sperrt sie garantiert noch.
Zwischen 17.1V und 18.9V leitet sie, je nach Exemplar, dann 1mA ab, darüber steigt der Strom dann steil an. Über 18.9V leitet dann garantiert jedes Exemplar.


2. Mal angenommen, der unter 1. angenommene Fall spielt sich in der gezeigten Variante 2b der Verpolungsschutz-Vorschläge ab, wird die TVS-Diode in diesem Fall zerstört?
Pi mal Daumen und mit der 5A Sicherung nicht!
Nun gibt es aber die Schmelzsicherungen mir unterschiedlichen Charakteristiken, typischerweise von FF (superflink) bis T (träge).
Die 5A einer Schmelzsicherung besagen, dass sie 5A dauernd aushält.

Ausgelöst wird sie thermisch, wenn ein Strom fliesst wird der Sicherungsdraht warm, bei zu viel Strom brennt er dann durch.
Nun braucht das Aufwärmen aber Zeit, diese hängt nun aber auch von der thermischen Masse und der Kühlung ab.
Eine typische Haushaltsicherung schaltet bei 1.45-fachem Nennstrom erst nach 1h ab. Im Bereich von einer 10tel Sekunde kann eine 16A aber locker 100A, ohne auszulösen, verkraften.

Wenn du dir eine Feinsicherung genau anschaust sind flinke Sicherungen nur Luftgekühlt und haben einen dünnen Draht. Träge Sicherungen haben meist ein Band als Draht, dies ergibt eine besser Wärmeabfuhr und daher ein langsameres Aufheizen.

Die 18A verträgt aber einen Spitzenstrom von 24A.


3. Wäre die P6KE18A die richtige Diode für meine Schaltung, und für den Fall dass ich doch nur eine normale Diode verwenden würde, welche müsste es sein?
Tja, das wissen wir jetzt nicht so genau?
Damit der Überspannungsschutz funktioniert, muss deine Schaltung kurzzeitig die rund 19V verkraften ohne Schaden zu nehmen. Im Extremfall könne es sogar 25.2V Spitze sein.

Eine normale Diode muss die 5A der Sicherung überleben.
Eine 1N400x könnte reichen, ist zwar eine 1A-Gleichrichterdiode, aber die verkraftet für 8ms auch 30A und für 80ms um die 15A ist die Frage ob die Sicherung in dieser Zeit auslöst.
Die nächst Dickere wäre dann die 1N540x eine 3A Gl-Diode, welche aber 200A für 8ms verdauen kann und immer noch 40A für 80ms.
Meistens sind die Angaben der Amis auf 60Hz bezogen, deshalb die 8, eigentlich 8.3ms.

Die andere Frage ist, ob deine Schaltung auch mit dem -0.7 bis -1.2V zurecht kommt, bis die Sicherung auslöst?
Die genauen Werte der Vorwärtsspannung in Abhängigkeit des Stroms stehen im Datenblatt der Diode.

MfG Peter(TOO)

[Unregistriert]

Hi, erstmal vielen vielen Dank für diese aussagekräftige Antwort!

Also als Sicherung hätte ich von Vornherein eine flinke Feinsicherung angedacht, da die Diode dem hohen Strom bei einem Kurzschluss natürlich nur so kurz wie möglich ausgesetzt sein soll. Die Flinke sollte laut Wikipedia in weniger als 20 ms durchbrennen.

Bei der zu schützenden Schaltung handelt es sich um nichts anderes als ein Autoradio, das laut Betriebsanleitung an einer Spannung zwischen 10 und 16 V betrieben werden kann. Einen Verpolungsschutz möchte ich aus dem Grund haben, weil das Ding nicht nur mit einem externen Netzteil mit verpolungsgeschütztem Stecker, sondern auch mal an einer Autobatterie betrieben werden soll und der Fall eintreten könnte, dass jemand die Polzangen falschrum anschließt.

Aus den Angaben folgere ich, dass für die Schaltung eine P6KE15A besser geeignet wäre, deren Durchbruchsspannung zwischen 14,3 und 15,8 V liegt (siehe https://www.conrad.de/de/ueberspannungsschutzdiode-suppressor-diode-littelfuse-p6ke15a-gehaeuseart-do-15-i-pp-288-a-u-b-128-v-140810.html)


Die andere Frage ist, ob deine Schaltung auch mit dem -0.7 bis -1.2V zurecht kommt, bis die Sicherung auslöst?
Die genauen Werte der Vorwärtsspannung in Abhängigkeit des Stroms stehen im Datenblatt der Diode.

Damit meinst du den Spannungsabfall, wenn die Diode entweder wegen Überspannung oder Verpolung leitend wird, oder? Ich denke schon, da der Spannungsbereich relativ groß ist (10-16 V), und das Ziel sowieso das Abschalten des Radios bei Verpolung/Überspannung sein soll.

Ich freue mich auf weitere Antworten, und danke nochmal für die Infos! :)

MfG

[Peter(TOO)]

Hallo,

Aus den Angaben folgere ich, dass für die Schaltung eine P6KE15A besser geeignet wäre, deren Durchbruchsspannung zwischen 14,3 und 15,8 V liegt (siehe https://www.conrad.de/de/ueberspannu...-v-140810.html)
Die ist etwas knapp. Bis 14.4V ist im Bordnetz normal.
Also eher die 16A




Damit meinst du den Spannungsabfall, wenn die Diode entweder wegen Überspannung oder Verpolung leitend wird, oder? Ich denke schon, da der Spannungsbereich relativ groß ist (10-16 V), und das Ziel sowieso das Abschalten des Radios bei Verpolung/Überspannung sein soll.
Die Diode leitet nur bei Verpolung.


Bei der zu schützenden Schaltung handelt es sich um nichts anderes als ein Autoradio, das laut Betriebsanleitung an einer Spannung zwischen 10 und 16 V betrieben werden kann. Einen Verpolungsschutz möchte ich aus dem Grund haben, weil das Ding nicht nur mit einem externen Netzteil mit verpolungsgeschütztem Stecker, sondern auch mal an einer Autobatterie betrieben werden soll und der Fall eintreten könnte, dass jemand die Polzangen falschrum anschließt.

Ich würde aber die Schaltung mit dem MOS-FET bevorzugen!
Verpolt anschliessen wird immer genau dann einer, wenn weit und breit keine Ersatzsicherung zu finden ist :-(

Du kannst die Schaltung wie im Link verwenden. R1 und D1 weg lassen, bzw. überbrücken und als D1 die P6KE16A einsetzen, Dann hast du auch den Überspannungsschutz.
Als FET kannst du einen normalen nehmen, Ugs = 10V reicht für die 12V.
(Die Bemerkung über die "seltenen Logic-Level-FETs" ist auch eher überholt.)

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Ich werde sicher für Akkubetrieb von Autoradio die einfachste Variante 1 mit im Radio eigebater Diode verwenden.

[Peter(TOO)]

Hallo PIC,

Ich werde sicher für Akkubetrieb von Autoradio die einfachste Variante 1 mit im Radio eigebater Dode verwenden.
Die Frage ist, ob man nur einen Verpolschutz oder auch noch einen Überspannungs-/Transienten-Schutz haben will.

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Hi (TOO) much


Bei der zu schützenden Schaltung handelt es sich um nichts anderes als ein Autoradio, das laut Betriebsanleitung an einer Spannung zwischen 10 und 16 V betrieben werden kann. Einen Verpolungsschutz möchte ich aus dem Grund haben, weil das Ding nicht nur mit einem externen Netzteil mit verpolungsgeschütztem Stecker, sondern auch mal an einer Autobatterie betrieben werden soll und der Fall eintreten könnte, dass jemand die Polzangen falschrum anschließt. ... Ich freue mich auf weitere Antworten, und danke nochmal für die Infos!

Mein letzter Beitrag bezieht sich immer ausschließlich auf letzten Beitrag von TO.

[Unregistriert]

Als kurze Info zum Abschluss möchte ich bekanntgeben, dass ich mich für Variante 2 mit einer 1N5401-Diode entschieden habe. Die MOSFET-Lösung ist zwar sehr elegant, aber ebenso aufwändig und bedarf sicher einer Leiterplatte, und das ist es mir nicht wert. Zu dem Ganzen soll später eh mal ein Koffer fürs Zubehör gehören, da findet auch eine Packung Feinsicherungen locker Platz. Und durch einen Feinsicherungshalter für Frontplatteneinbau wird das ganze auch noch benutzerfreundlich.

Das mit dem Überspannungsschutz war nur so ein Gedanke und mehr ein Nice-to-have ;)

Jedenfalls mal danke für die Infos!