Crowbar mit Verpolungsschutz?

Hallo Daniel,

zur Funktion der Schaltung:
Übersteigt die Eingangsspannung die durch die Z-Diode vorgegebene Schwelle, fließt Strom in das Gate vom Thyristor und der wird leitend und schießt die Sicherung ab.

Meine erste spontane Idee zum Verpolungsschutz wäre, den Thyristor gegen einen Triac zu tauschen und zusätzlich zur vorhandenen Ansteuerung am Gate eine Diode in Sperrrichtung nach Minus. Im Verpolungsfall wäre sie in Durchflussrichtung, macht den Triac auf, der dann seinerseits die Sicherung abschießt.

Ich persönlich hab was gegen diese Art von "Brecheisen"-Schaltungen, denn man braucht ständig Ersatz-Sicherungen. Außerdem wäre zu beweisen, dass die Sicherung schneller abschaltet, als das Gerät Schaden nimmt.

Sinnvoll wäre aus meiner Sicht eine Diode in Reihe zur Stromversorgung. Nachteil: Spannungsfall und Leisungsabgabe im Betriebsfall, bei QRP aber meist kein Problem.

Schöner ist ein Relais, dessen Kontakt nur bei korrekter Polarität schließt: Diode in Durchlassrichtung vor die Spule schalten -> nur bei korrekter Polarität schließt der Kontakt. Nachteil: Der Relaiskontakt muss für den Betriebsstrom ausgelegt sein. Solche Relais gibt es preiswert im Kfz-Ersatzteilhandel.

Hinter dem Relaiskontakt sollten dann aber nur noch verpolungssichere Steckverbinder eingesetzt werden. Ich verwende Anderson Powerpoles, sind zwar etwas teuerer als Bananenstecker, aber verpolungssicher und es besteht nicht die Gefahr eines Kurzschlusses durch offenen Bananenstecker. Außerdem sind die Verteiler kleiner und bezogen auf den Preis pro Abgang sogar preiswerter als die Verteiler für Bananenstecker! Die Sachen findest du bei funkkiste.de oder wimo.de.

An den Geräten ist die Verpolungssicherheit meist sicher gestellt: Hohlstecker an QRP- und Zusatzgeräten oder verpolungsichere mehrpolige Stecker bei Yaeicowood. Bei fest angeschlossenen Stromversorgungskabeln an Stelle der Kabelschuhe oder Bananenstecker habe ich dann auch Powerpoles dran gemacht.

Nun hoffe ich vor meiner eigenen Doofheit geschützt zu sein!

Hallo Daniel,

da ich direkt angesprochen bin eine direkt dazu passende Ergänzung der Schaltung: Hinter der Sicherung wird eine Diode passender Spannung (50V reicht) und passendem Strom ( min. 3* Sicherung) in Sperrrichtung nach Masse gelegt. D.h. Katode an + und Anode an - . Bei Verpolung ist die Diode in leitender Richtung und zerstört die Sicherung. Die Sicherung braucht nicht schneller wie die Halbleiter der zu schützenden Schaltung sein. Sie kann sich sogar Zeit lassen. Die Diode leitet den Strom der Stromquelle (die einen endlichen Quellwiderstand hat, und deshalb auch die Diode mit einer endlichen Leistung beaufschlagt) solange ab bis die Sicherung geschmolzen ist. Bei QRP Geräten ist die Crowbar überdimensioniert! Da ist es besser eine unipolare Surpressordiode zu verwenden. Du brauchst nur ein Bauteil und hast Überspannungsschutz und Verpolungsschutz. Steht auch im Report.

Eine Erfahrung ein paar Tage nach erscheinen des Artikels: Ein Freund hat einen IC 703 gebraucht gekauft und ihn mir gegeben um ihn durchzusehen. Gerät ok, gewohnheitsmäßig habe ich eine Surpressordiode in die Versorgungsleitung eingebaut, in der Versorgungsleitung ist auch eine Sicherung 4A. Die 50C für die Diode habe ich ihm spendiert. Das versorgende längsgeregelte Netzteil 25A ist bei ihm Wochen später hochgegangen. Anstehende Spannung 26V. Was ich nicht gesehen habe weil nicht aufgeschraubt - in den Sicherungshaltern waren keine 4A sondern 20A Sicherungen. Es wurde wohl mal das genommen was gerade da war, man kann bei extremer Fehlanpassung die 4A Sicherungen schaffen, man muß sich nur dusselig genug anstellen. Nach dem Crash ging nichts mehr und er hat er mich gefragt ob es noch Sinn macht und ich mir vielleicht das mal ansehen kann. Die Diode 1,5KE 15A hat die 26V gepuffert aus 56 000µF abgeleitet, die Sicherung zerstört und ist dabei defekt gegangen. Aber - sie wurde dabei leitend! Normale Dioden werden bei extremer Überlastung oft hochohmig. Dann stirbt das Gerät trotz alledem wenn die Diode es nicht schaft die Sicherung zu zerstören. Defekt waren: 1 Sicherung und eine 1,5KE 15A macht zusammen keinen €.

73 de uwe df7bl

Ps auf den Artikel von Frank antworte ich separat.

Hallo Frank,

ich schreibe mal in Deinen Text, in Rot. Eimal kann man so antworten, ich hoffe dann alle Unklarheiten beseitigt zu haben.

zur Funktion der Schaltung:
Übersteigt die Eingangsspannung die durch die Z-Diode vorgegebene Schwelle, fließt Strom in das Gate vom Thyristor und der wird leitend und schießt die Sicherung ab.

Meine erste spontane Idee zum Verpolungsschutz wäre, den Thyristor gegen einen Triac zu tauschen und zusätzlich zur vorhandenen Ansteuerung am Gate eine Diode in Sperrrichtung nach Minus. Im Verpolungsfall wäre sie in Durchflussrichtung, macht den Triac auf, der dann seinerseits die Sicherung abschießt. Das Problem ist der Spannungsabfall am Triac, da bleiben normalerweise 2-3V stehen, Endstufen sind meistens direkt an der Versorgungsspannung, ohne große Widerstände, das ist nicht gut.

Ich persönlich hab was gegen diese Art von "Brecheisen"-Schaltungen, denn man braucht ständig Ersatz-Sicherungen. Außerdem wäre zu beweisen, dass die Sicherung schneller abschaltet, als das Gerät Schaden nimmt. Im Einschrieb oben habe ich erklärt dass die Spannung heruntergehalten wurde und das Gerät keinen Schaden genommen hat. Wenn man keine Ersatzsicherungen brauchen will dann braucht man in der Situation Ersatzgeräte. Das ist aber eine Frage der persönlichen monetären Situation.

Sinnvoll wäre aus meiner Sicht eine Diode in Reihe zur Stromversorgung. Nachteil: Spannungsfall und Leisungsabgabe im Betriebsfall, bei QRP aber meist kein Problem. So sehe ich das auch, bringt aber nichts bei Überspannung.

Schöner ist ein Relais, dessen Kontakt nur bei korrekter Polarität schließt: Diode in Durchlassrichtung vor die Spule schalten -> nur bei korrekter Polarität schließt der Kontakt. Nachteil: Der Relaiskontakt muss für den Betriebsstrom ausgelegt sein. Solche Relais gibt es preiswert im Kfz-Ersatzteilhandel. Noch ein Nachteil, der Betriebsstrom des Relais. Das von Dir genannte Kfz Relais braucht typ. 120mA das sind 1,5W ein Leiterplattenrelais braucht typ. 15mA soviel wie mein Norcal 40A beim Empfang. Da ist eine Halbleiterlösung besser.

Hinter dem Relaiskontakt sollten dann aber nur noch verpolungssichere Steckverbinder eingesetzt werden. Ich verwende Anderson Powerpoles, sind zwar etwas teuerer als Bananenstecker, aber verpolungssicher und es besteht nicht die Gefahr eines Kurzschlusses durch offenen Bananenstecker. Außerdem sind die Verteiler kleiner und bezogen auf den Preis pro Abgang sogar preiswerter als die Verteiler für Bananenstecker! Die Sachen findest du bei funkkiste.de oder wimo.de.

An den Geräten ist die Verpolungssicherheit meist sicher gestellt: Hohlstecker an QRP- und Zusatzgeräten oder verpolungsichere mehrpolige Stecker bei Yaeicowood. Bei fest angeschlossenen Stromversorgungskabeln an Stelle der Kabelschuhe oder Bananenstecker habe ich dann auch Powerpoles dran gemacht. Die Hohlstecker sind nicht das Problem, die Strippen auf der anderen Seite sind es. Aber dafür habe ich den Report-Artikel geschrieben.

Nun hoffe ich vor meiner eigenen Doofheit geschützt zu sein! Hat mit "doof" nichts zu tun vielleicht mit Schusseligkeit, - und der spendiert man besser eine Sicherung und vielleicht noch eine Diode als ein Gerät.

Ich hoffe Dir nicht auf die Füße getreten zu haben, es ging mir nur um die Sache.

73 de uwe df7bl

Zitat von DF7BL

Ich hoffe Dir nicht auf die Füße getreten zu haben, es ging mir nur um die Sache.

Hallo Uwe,

ich fühle mich mur auf die Füße getreten, wenn jemand unqualifiziert (sprücheklopfend) oder persönlich beleidigend (was zum Glück hier so gut wie gar nicht vorkommt) oder ausländerfeindlich (geht gerade unter Funkamateuren gar nicht!) reagiert.

Deine Ausführungen haben mich wieder ein bischen schlauer gemacht. Von daher: VIELEN DANK für deinen Input, mal sehen was ich daraus an Output generieren kann !

Uwe, Du betonst dass die Lösung mit der Suppressordiode nur für QRP-Geräte geeignet ist. Warum? Liegt das an der Spezifikation der Dioden? Laut Datenblatt kann eine 1.5KE15A 60A ziehen. Nach der Faustregel Sicherungsstrom = 1/3 Diodenstrom kann ich damit bis zu 20 A absichern. Oder habe ich das falsch verstanden?

Hallo Daniel,

das Problem ist die Zeit die der hohe Strom steht. Die Diode ist auch mit 1500W angegeben, aber nur für 10/1000µs. Ansonsten kann sie bei guter Wärmeabfuhr 5W. Die Story mit dem IC703 ist ja gut ausgegangen, aber wenn die Diode beim Sterben hochohmig geworden währe dann währe der 703 jetzt auch erledigt. Überspannungsschäden repariert man nur für sich selbst, und meistens wirft man das Gerät dann doch entnervt weg.

73 de uwe df7bl

Hallo die Runde

ich möchte nur zum Verpolschutz etwas aus eigener Praxis hinzufügen. Mir sind einige Geräte untergekommen , bei denen wurde als Verpolschutz
eine einfache bedrahtete Diode wie 1N4003 bis 1N54xx verwendet. Die Geräte mit den 1N40xx waren wirklich defekt, weils die Diode sofort zerlegt
hatte , alles wegen falscher Polung. Bei den 1N54xx Geräten waren 1 oder 2 dabei , die wegen zu großer Sicherung ebenfalls defekt waren.
Ich habe auch schon Geräte gesehen und selber gebaut, da wurde eine Einpressdiode mit 35A verwendet. In Drehstromlichtmaschinen sind diese
Dioden eingebaut . Es gibt sie auch noch als 10-ner Pack bei Pollin. Jedenfalls hat man mit diesen Dioden einen wirklich guten Verpolschutz.
Die vom Uwe vorgestellte Schaltung zum schutz gegen Überspannung finde ich recht gut, habe leider damit noch keine Erfahrung gemacht, mir reichte
bis jetzt der Verpolschutz , aber wohl ist mir dabei nicht.

schönen Tag und schöne Woche

73 de

Hallo OM's,

auch ich hatte schon mal über einen Überspannungsschutz nachgedacht.
Mein Netzteil ist ein analoges 13,8V 22A geregelt über Längstransistoren. Die Rohspannung ist hier etwa 25V
Welcher Tyristor wäre denn hier der richtige ?

73, Frank
DL3AD

Hallo Frank und die Runde

so ein Netzteil, wie Du es hier ansprichts, das ist mein vorgenanntes schlechtes Gefühl. Bis jetzt ging ja alles recht gut ab, aber sicher wäre sicherer. Habe mal kurz bei Reichelt nachgesehen,
was so im Angebot ist..... ein TYN616 , für 16A , mit einem Spitzenstrom von 190A für 10ms. der BTW69 wäre ein 50A Type mit 580A bei 10ms und der BT145 mit 25A und 300A für 10ms.
Nur , ich kann es nicht ausrechnen... im Netzgerät sind Elkos mit einer bestimmten Kapazität die eine gewisse Ladung in sich haben, und die muss innerhalb der 10ms abgebaut werden.
Man kann daraus den strom ausrechnen, bei mir ist dieses aber zu lange her, kann jemand anderes bestimmt besser. Wir haben in den Netzgeräten riesen große Elkos vor der Stabilisierung
auf 13,8V. Die stabilisierte 13,8V wird nach den 4 oder 5 Stück 2N3055 nochmal an Elkos gestützt. In der Annahme , der Tyristor schließt am Ausgang im Netzgerät die 13,8V kurz, hätten wir
zu anfang der Entladung nur die "kleinen" Elkos , die zwischen 2N3055 und Ausgangsklemme liegen.
Die Schutzschaltung also unmittelbar an die Ausgangsklemmen des Netzteils und in die Zuleitung zur Schutzschaltung eine normale 20A FKS Stecksicherung . Wäre mal ein Versuch wert.

Habe im Moment nur nicht die Zeit für so ein Experiment ,

73 de

Hallo,
an einem geregelten Netzteil sollte man zwei Fälle einkalkulieren. Regelschaltung defekt und
Kurzschluß. Wenn durch einen defekten Regler die Rohspannung am Ausgang erscheint, sollte eine
Schutzschaltung, wie oben schon angegeben, wirken. Eine Sicherung, je nach Strom und ein Thyristor, der
über eine Z-Diode gezündet wird. Dabei spielen die Kondensatoren keine Rolle, weil die Sicherung durch den
unmittelbar folgenden, gezündeten Thyristor (hoffentlich) auslöst.
Im Kurzschlußfall stellt sich die Frage, ob die Regelelektronik die Verlustleistung verkraften wird.
Foldback-Verhalten des Reglers wäre gut. Richtig dimensionierte Schmelzsicherungen, z.B. auf der
Primärseite des Trafos verhindern möglichweise Schlimmes.
Relais würde ich für den Überspannungsschutz nicht verwenden, die sind zu langsam.

Das Thema Verpolschutz für anzuschließende Verbraucher beginnt bei den Steckern.
Wer mit Bananensteckern zum Portabeleinsatz fährt und noch nie was verpolt hat, sollte umgehend seinem
Schutzengel gratulieren...
Besonders Batterien liefern im Verpolungsfall ungeheure Ströme und sorgen für Defekte.
Sogenannte Handlampen-Stecker, wie sie früher in Fahrzeugen üblich waren, gibt es nach wie vor.
Durch den koaxialen Aufbau ist absolute Verpolsicherheit gegeben.
Für kleine Ströme ist eine dicke Schottkydiode in Flußrichtung in der +12V-Leitung zum Verbraucher auch ein
guter Schutz.
73, Andreas
DL5CN

Hallo OM's,

auch ich hatte schon mal über einen Überspannungsschutz nachgedacht.
Mein Netzteil ist ein analoges 13,8V 22A geregelt über Längstransistoren. Die Rohspannung ist hier etwa 25V
Welcher Tyristor wäre denn hier der richtige ?

73, Frank
DL3AD

Hallo Frank,
Thyristoren gibt es bis in wirklich große Stöme zu großen Preisen. Ich würde einen 16-20A Typ testen. Also Einbauen und triggern. Normalerweise soll er das überleben. Bei noch größeren NT kommt man irgenndwann an Grenzen, auch der Kosten. Dann kann man auf der primären Seite mit einem Thyristor und Reihenwiderstand = Strombegrenzung die Sicherung auslösen. Gesteuert von der Sekundärseite über Optokopler. Grundsätzlich ist das keine Schaltung für jeden Tag. Wenn das auslöst braucht weder der Thyristor noch eine Surpressordiode heil bleiben. Es reicht wenn die versorgten Geräte überleben, das allerdings zuverlässig. Ihr glaubt ja gar nicht wie sich der Besitzer von dem oben erwähntem 703 gefreut hat. Das NT ist jetzt in der Tonne, das hat sein Vertrauen verspielt. Da hing auch noch ein großer Kenwood dran. Der hat auch überlebt.
73 de uwe df7bl

Hallo Ömer,
bitte nicht verwechseln, der Thyristor zündet bei Überspannung im Netzteil.
Da spielt die Sättigungsspannung keine Rolle.
Ein Verpolschutz sollte Bestandteil des Verbrauchers sein.
Anbei ein Beispiel, wie man mit zwei p-Kanal-FETs sowohl Verpolung als auch Überspannung
auffangen kann.
D2 sorgt für die Einhaltung der zulässigen Ugs von M2.
M2 realisiert den Verpolschutz und wird invers betrieben.
Wird die Zenerspannung von D1 erreicht, sperrt M1 über Q1.
73,
Andreas
DL5CN

Nachtrag:
Empfindliche Verbraucher lassen sich auch gut mit einer selbstrückstellenden Polymer-Sicherung und
einer nachfolgenden Leistungs-Zener-Diode schützen. Wird die Spannung verpolt sorgt die in Flußrichtung
befindliche Diode für einen hohen Strom durch den Kaltleiter und dieser wird hochohmig.
Übersteigt die normal angelegte Spannung die Zenerspannung geschieht das Gleiche.
Die Tabelle zeigt, dass die speziell für diesen Zweck hergestellten PTCs (hier Bourns) recht niederohmig sind
und bei Erwärmung definiert hochohmig werden.

Hallo Liste,

mich hat das Thema die letzten Wochen auch hin und wieder beschäftigt. Pit ist ja für die Lösung Sicherung in Reihe und Diode in Sperrrichtung. Abgesehen von dem fehlenden Überspannungsschutz, ist eine kaputte Sicherung während einer IOTA-Expedition ein kleiner Alptraum. Mit ltspice hatte ich auch schon ein Schaltung zusammengebaut und simuliert.
Wollte ich schon Dienstag hier einstellen, bin nicht zu gekommen. Jetzt ist das nicht nötig, sie entspricht fast genau der von dl5cn. Ich habe aber ein paar Fragen dazu:

• Reagiert die schnell genug?
• Wie könnte man das testen? Gibt es eine Möglichkeit zu testen ob die Schaltung wirklich schnell genug ist, empfindliches Zeugs zu schützen? Bei machen Bauteilen reicht ja ein kurze Spannungsspitze. Gibt es was billiges, zuverlässiges zum Testen?

Polymer-Sicherungen hab ich auch mal erwogen, bin aber nicht so richtig weiter gekommen. Wenn ich die Tabelle meines Vorredners richtig interpretiere, benötige ich für einen QRP-TRX z.B. die MF-SM300. Die findet wohl 3A noch ok. Wann aber löst die aus? Imax ist 100A, die schaffen weder eines meiner Netzteile noch die normalen QRP-Blei-Gel-Akkus. Sicher reicht da auch viel weniger, aber vermutlich ist es so: je höher der Strom, je schneller löst die Sicherung aus. Löst die Sicherung nicht schnell genug aus wird die Z-Diode sterben, danach der Rest. Oder liege ich völlig falsch?

Hallo Jan,
die Schaltung ist nach meiner Ansicht schnell genug, um als Verpol- respektive
Überspannungsschutz zu arbeiten. Testen läßt sich das statisch mit einem regelbaren Netzteil.
Ein dynamischer Test ist da schon etwas schwieriger. Programmierbare Netzteile, die man mit einer
Rechteckfunktion ansteuern könnte, sind wohl in den Shacks der meisten Oms - wie auch bei mir - eher
nicht vorhanden. Zwei galvanisch getrennte Gleichspannungen könnte man mit einem Leistungsschalter
periodisch zusammenschalten. Dann entsteht ein Sprung z.B. von 12 V auf 15 V. Oszillografisch ließe sich
erkennen, wann die Überspannungsschaltung reagiert. Das scheint mir aber sehr akademisch zu sein.

Nochmal: Überspannungsschutz gehört ins Netzteil. Eine Schmelzsicherung mit nachfolgendem dicken Thyristor
ist hier nach meiner Erfahrung erste Wahl. Verpolschutz gehört vor bzw. in den Verbraucher.
Stimmt, Polymer-Sicherungen lösen schnell aus, wenn die Temperatur infolge der Verlustleistung schnell ansteigt.
Ein gutes Anwendungsbespiel wäre also der Verpolschutz vor einem Verbraucher, der vorwiegend aus
Batterien gespeist wird. Ein PTC und eine Diode "quer" schützen zuverlässig vor Verpolung.
Bei Batteriebetrieb ist die Überspannung eher fraglich, der Verpolschutz aber sehr wohl.
73, Andreas
DL5CN

Hallo Andreas,

zum Überspannungsschutz:
Erst einmal stimme ich Dir zu. Gerade bei längsgeregelten eine wichtige Sache, die ich bei mir demnächst nachrüßte. Habe ein Straton-Netzteile 30V 10A (Kennst Du wahrscheinlich). Haben ja einen guten Ruf, meine sind aber noch aus DDR-Zeiten, wie sie nach der Wende preiswert zu bekommen waren. Das und ein zweites, das ich inzwischen abgestoßen habe, hatte beide das Problem mit den durchgebrannten Endstufentransistoren. (Abgesehen davon das die nicht HF-fest sind.) Zum Glück brannten sie beide nicht an meinen Funkgeräten durch.

Nur so als Frage, wie sieht es denn mit Geräten aus die an/in einem Fahrzeug an der 12V Elektronik betrieben werden. Da treten z.T. ganz erhebliche Spannungsspitzen auf. Reicht da die üblichen Kondensatoren im Gerät?

Zu meinem oberen Beitrag: Meine Frage war eher nicht wie erzeuge ich die Überspannung, da würde mir schon was einfallen, notfalls könnte man einfach mal ein Netzteil aufmachen und das Poti mit einem Draht schnell brücken. Nein, wie kann man testen, das hinter der Schaltung wirklich keine Spitzen mehr ankommen, wenn so ein Netzteil durchdreht. Meine diffunse Vorstellung war das man z.B. an einem FET die Gate - Source - Strecke nimmt die wohl sehr empfindlich ist, testet und dann schaut ob sie geschrottet ist oder so ähnlich. Na aj, jetzt einen Haufen FETs zu killen, war nicht mein Anliegen, sondern die Frage gibt es etwas was besser, billiger und zuverlässiger ist, oder ist das ein brauchbarer Ansatz?

Hallo Jan,
man sollte Gleichspannung und den Schutz sowie unsaubere, impulsbelastete Spannungen unterscheiden.
In einem Fahrzeug ist die Bordspannung bekanntermaßen "verseucht". Hier helfen nur Filter.
Also, eine nicht zu klein bemessene, bifiliare Drossel und entsprechende Kondensatoren verschiedener Größe
bis hin zu Elkos.
Das ergibt einen Tiefpass. Zum Klippen von Spikes sind auch TVS-Dioden oder Varistoren geeignet.
Die sind sehr schnell und werden vorwiegend beim Härten von Schaltungen bezüglich EMV-Normen notwendig.
Zu beachten ist, dass die Masseleitung in die Filterung einbezogen werden muss, dann ist allerdings der Verbraucher nicht
mehr galvanisch an der Fahrzeugmasse !
An einer Bordspannung eines Fahrzeugs entsteht also keine Überspannung, die man elektronisch behandeln muss.
Hier sind eher Filterung und Siebung angesagt. Funkgeräte haben meist noch eine interne Stabilisierung, die weit genug
unterhalb der speisenden Spannung liegt, damit ein Regler arbeiten kann.
Bei Eigenbauten würde ich also die Filterung und Stabilisierung in das Gerät integrieren.
Zur Kontrolle der Filtermaßnahmen ist ein Oszillograf ideal. Wenn nicht vorhanden, kann man auch einige Tricks anwenden.
Die Sauberkeit einer Gleichspannung läßt sich z.B gut mit einem alten, hochohmigen Kopfhörer beurteilen. Der wird über einen
Kondensator (wichtig!!!), z.B. 1µF unipolar, an die Spannung geklemmt. Damit wird jede Störung hörbar.
Vorsicht bei modernen Hörern, durch das C fließt ein Ladestrom, der sollte die Schwingspulen nicht zerstören.
73, Andreas
DL5CN