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20 Elektronik 10 2021 Analog & Power Ein Überspannungsstopper überwacht kontinuierlich Eingangsspannung und Eingangsstrom Unter nominalen Betriebsbedingungen steuert der Controller das Gate eines N-KanalMOSFETs an und stellt so einen niederohmigen Pfad vom Eingang zum Ausgang zur Verfügung Bei einer Überspannung oder einer Spannungsspitze der Schwellenwert wird durch ein Rückkopplungsnetz am Ausgang vorgegeben regelt das IC das Gate des N-Kanal-FETs um die Ausgangsspannung des MOSFETs auf den durch einen Widerstandsteiler eingestellten Wert zu klemmen Bild 5 zeigt die vereinfachte Blockschaltung einer Überspannungsstopper-Implementierung zusammen mit den Ergebnissen einer eingangsseitigen 100-V-Spannungsspitze auf der nominalen 12-V-Schiene Der Ausgang der Überspannungsstopper-Schaltung wird für die Dauer des Überspannungsereignisses auf 27 Vgeklemmt Manche Überspannungsstopper überwachen auch Überströme mit einem seriellen Messwiderstand Circuit Breaker in Bild 5 und passen das Gate des N-KanalFETs an um den an die Ausgangslast abgegebenen Strom zu begrenzen Es gibt vier Typen von Überspannungsstoppern die entsprechend ihrer Reaktion auf eine Überspannung klassifiziert werden ➔ Überspannungsstopper auf Linearreglerbasis ➔ Gate-Clamp-Überspannungsstopper ➔ Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis ➔ Schutzschalter-Controller zum Trennen der Last von der Eingangsspannung Die Wahl des Überspannungsstoppers richtet sich nach der Anwendung Überspannungsstopper auf Linearreglerbasis Ein Überspannungsstopper auf Linearreglerbasis steuert den Serien-MOSFET ähnlich wie ein Linearregler und begrenzt die Ausgangsspannung auf den programmierten sicheren Wert wobei überschüssige Energie im MOSFET abgeleitet wird Um den MOSFET zu schützen begrenzt das Bauteil die Zeit mit hoher Verlustleistung durch die Implementierung eines kapazitiven Fehler-Timers Gate-Clamp-Überspannungsstopper Gate-Clamp-Überspannungsstopper arbeiten mit einer internen beziehungsweise externen Klemmspannung zum Beispiel 31 5 oder 50 Vintern oder einer einstellbaren externen Klemmspannung um den Gate-Anschluss auf diese Spannung zu begrenzen Die Schwellenspannung des MOSFETs bestimmt dann auf welchen Wert die Ausgangsspannung limitiert ist Bei einer internen Gate-Klemmspannung von 31 5 Vund einer MOSFET-Schwellenspannung von 5 Vist die Ausgangsspannung auf 26 5 Vbegrenzt Alternativ kann mit einer externen Gate-Klemmspannung ein viel größerer Spannungsbereich gewählt werden Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis Für Anwendungen mit höherer Leistung ist der Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis eine gute Wahl Wie ein Linearund Gate-Clamp-Überspannungsstopper steuert ein Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis den Durchlass-FET im Normalbetrieb vollständig durch um einen niederohmigen Pfad zwischen Eingang und Ausgang zu schaffen und die Verlustleistung zu minimieren Der Hauptunterschied zwischen einem Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis und einem Linearoder Gate-Clamp-Überspannungsstopper zeigt sich sobald eine Überspannung erkannt wird Dann wird der Ausgang eines Überspannungsschutzes auf Schaltreglerbasis durch Schalten des externen MOSFETs ähnlich wie bei einem schaltenden DC DC-Wandler auf die Klemmspannung geregelt Schutzcontroller zum Trennen der Last von der Eingangsspannung Ein Schutzcontroller ist offiziell kein Überspannungsstopper obwohl er Überspannungen stoppt Wie ein Überspannungsstopper überwacht ein Schutzcontroller Überspannung und Überstrom Anstatt jedoch die Ausgangsspannung zu klemmen oder zu regeln schaltet der Schutzcontroller den Ausgang sofort ab um die nachgeschaltete Elektronik zu schützen Diese einfache Schutzschaltung braucht nur eine sehr kleine Fläche und eignet sich somit für batteriebetriebene portable Anwendungen Der Schutzcontroller LTC4368 ist in einer vereinfachten Blockschaltung in Bild 6 dargestellt zusammen mit seiner Reaktion auf Überspannung Schutzcontroller gibt es in zahlreichen Varianten Bild 7 Schutz vor Verpolung am Ausgang mit dem LT4363 aus dem Datenblatt des LTC4363 Bild Analog Devices