Überspannungsschutz für Netzgeräte:

An unseren 13,8V Netzteilen sind oft sehr hochwertige und teure Geräte angeschlossen. Was passiert, wenn der Längsregler (oder Schalttransistor) in so einem Netzgerät durchbrennt ? Die volle ungeregelte Spannung würde an die Funkgeräte kommen und diese völlig zerstören, der Schaden ist sehr hoch.

Wie es ein Funkfreund aus Niederbayern schmerzhaft erleben musste, als seine XYL beim Blumengießen etwas Wasser durch die Kühlschlitze des Stationsnetzteils tropfen ließ, Schaden über 10.000 Eur ! Es war ein hochwertiges Netzgeräts eines großen Amateurfunkgeräteherstellers, aber leider ohne ausreichenden Schutz bei Fehlfunktion.

Dieses Problem musste ich unbedingt lösen und habe dazu folgende Schaltung in mein Netzgerät eingebaut:

Voraussetzungen für den Betrieb:

Diese Schaltung arbeitet nach der Brutal-Methode, die aber das wirksamste ist was man sich vorstellen kann: im Fehlerfall wird die Ausgangsspannung einfach kurzgeschlossen und damit auf 0 Volt reduziert. Daher ist es eine unbedingte Voraussetzung, dass das zu schützende Netzteil mit einer passenden Kurzschlusssicherung ausgestattet ist !

2-stufiger Schutz:

obige Schaltung hat zwei Schutzelemente:

1. eine sehr schnelle Überspannungsdiode. Die Dioden der Baureihe 1.5KE sind speziell für die Ableitung schneller Spannungsspitzen geeignet. Diese Diode wird leitend, sobald die Durchbruchsspannung überschritten wird, sie macht also einen Kurzschluss. Das geht so schnell, dass die externen Geräte von diesem Fehler noch nicht beschädigt werden. Allerdings hat die Belastbarkeit dieser Diode ihre Grenzen. Kräftige Netzgeräte mit 10A, 20A oder mehr würde diese Diode schnell grillen und verbrennen, wodurch die Schutzfunkion nicht mehr gegeben wäre.

2. daher wird sofort danach die zweite Schutz-Stufe aktiv. Diese besteht aus einem kräftigen Thyristor, welcher ebenfalls die Ausgangsspannung kurzschließt. Es gibt Thyristoren für jede beliebige Last, nach oben hin sind kaum Grenzen gesetzt. Ich habe mich für den CS45-16I01 entschieden, der für mein 55A Netzteil mehr als kräftig genug ist.

Selbstverständlich muss auch die Verdrahtung die Kurzschlussströme solange aushalten, bis die Netzteilsicherung abschaltet, also dicke Kabel benutzen !

Funktion der Stufe-2:

der Operatonsverstärker IC1B ist als Vergleicher geschaltet. Er vergleicht eine Referenzspannung Vref mit der Ausgangsspannung.

Die Widerstände R27 und R29 dienen der Anpassung an die Referenzspannung: Man wählt den Spannungsteiler R27/R29 so, dass die Auslösespannung der Referenzspannung entspricht.
Beispiel: wir möchten, dass die Schutzschaltung bei 16 Volt auslöst. Als Referenzspannung Vref verfügen wir über eine Spannung von 5 Volt (z.B aus einem Spannungsregler). Wenn also die Netzteilspannung 16V beträgt, dann muss zwischen R27 und R29 eine Spannung von 5V anliegen.

Mit R26 wird dem OP eine leichte Hysterese gegeben, dass er nicht wild hin- und herschaltet wenn die Spannung im Grenzbereich liegt.

Sobald die Netzteilspannung zu hoch wird (die Spannung zwischen R27 und R29 wird höher als Vref) geht der Ausgang von IC1B auf GND. Dadurch schaltet der Transistor Q8 durch und die Spannung am Gate des Thyristors (JP12) geht auf + und schaltet den Thyristor durch, welcher dann einen satten Kurzschluss macht und der Diode D7 hilft. Die Ausgangsspannung des Netzteils ist jetzt 0 Volt und die Sicherung im Netzteil löst aus.

Der Thyristor wird an die Klemmen JP12, JP7 und JP6 angeschlossen. Er sollte nicht auf einer Platine, sondern extern sitzen, am besten mit dicken Kabeln nahe am Ausgang des Netzgerätes.