Kurzschlussfestigkeit

Kurzschlussfest
Definition

Halbleiter sind extrem empfindlich bei thermischer Überlastung.
Die max. Chip-Temperatur wird durch die sog. Verlustleistung bestimmt.
Wird die Wärme nicht ausreichend schnell über Kühlflächen abgeführt, steigt die innere Temperatur stark an, und bei Überschreiten der max. Temperatur wird der Halbleiter (oder auch ein passives Bauteil) zerstört.

In einem Kurzschlussfall kann der Vorgang so schnell ablaufen, dass diese Temperatur innerhalb von Millisekunden erreicht und überschritten wird. Diese Zeit wird durch den max. lieferbaren Strom der Spannungsquelle im Kurzschlussfall bestimmt und nur von deren Innenwiderstand begrenzt.

Die Verlustleistung des gefährdeten Halbleiters errechnet sich ganz einfach aus der Formel Strom mal Spannung.
Wird eine Endstufe oder ein geregeltes Netzteil kurzgeschlossen, so bricht die primäre Versorgungs-Spannung zwar zusammen, kann aber immer noch relativ hohe Werte aufweisen, je nach Innenwiderstand.

Wird beispielsweise eine Endstufe mit einem 500VA/2x40V-Trafo kurzgeschlossen, so wird der max. mögliche Strom durch die Endtransistoren fließen. Dieser kann bis zu 80 Ampere betragen bei noch vorhander halber Trafospannung (angenommen 0,5 Ohm Trafo-Innenwiderstand plus ca. 0,5 Ohm Leitungswiderstände usw.)
80A mal 2x20V = >3000Watt kurzzeitig.
Halbleiter sind dann innerhalb von ein paar 100 Millisekunden zerstört, da keine Sicherung entsprechend schnell anspricht.

Um eine Kurzschlussfestigkeit zu erreichen, können Schaltungsmaßnahmen ergriffen werden, die den max. möglichen Strom begrenzen. Der Wert muss so hoch liegen, dass der Verbraucher in jedem Falle noch seine benötigten Stromspitzen fordern kann.
Im Kurzschlussfall fließt dann der Strom, der durch die Strombegrenzung festgelegt wurde. Im Falle unserer Endstufe Scionthel ca. 20A. Das heißt, dass jetzt die Endtransistoren eine begrenzt hohe Verlustleistung abgeben müssen.
Diese ist in der Regel nur so hoch, dass der Halbleiter, besonders bei mehreren parallelgeschalteten, den Kurzschluss einige Zeit überlebt, je nachdem, ob in der Zwischenzeit eine Sicherung anspricht, oder ob man den Kurzschluss bemerkt und beseitigt oder abschaltet. Diese Zeit darf bis zu einer Minute (+/-?) betragen, und ist von der Kühlung abhängig.

Eine solche Anordnung nennt man: Kurzschlussfest

In der Praxis ist dies völlig ausreichend, denn Kurzschlüsse passieren in der Regel beim Installieren, Inbetriebnehmen, oder bei sonstigen Missgeschicken und sind immer relativ kurzzeitig.

Soll eine Schaltung dafür ausgelegt sein, dass sie ständig unbeaufsichtigt kurzgeschlossen bleiben kann, so müssen Maßnahmen getroffen werden, um Ströme völlig abzuschalten, sei es durch Relais in der Betriebsspannung oder Ähnlichem. Auch elektronische Überwachungen von Powerleitungen mit zusätzlichen Leistungsbauteilen sind möglich, damit eine zusätzliche Elektronik den Betrieb einstellt.

Einen derartigen Schutz nennt man dann: Dauer-Kurzschlussfest -