月: 2023年3月

Was ist ein Sicherheitstürschalter?

Sicherheitstürschalter sind Sicherheitsvorrichtungen, die zur Überprüfung des Öffnungs-/Schließzustands von Schutzgittertüren und -abdeckungen verwendet werden.

Viele Industriemaschinen sind starken Drehmomenten und Drücken ausgesetzt, und wenn eine Maschine in Betrieb genommen wird, während eine Tür oder Abdeckung offen ist, besteht die Gefahr von Personenschäden. Daher werden sie häufig als Verriegelungsmechanismen eingesetzt, um beispielsweise zu verhindern, dass eine Maschine in Gang gesetzt wird, wenn ein Schutzzaun betreten werden kann, oder um die Maschine anzuhalten, wenn ein Schutzgitter geöffnet wird.

Es gibt verschiedene Sicherheitsnormen, wie z. B. ISO 14119, die sicherstellen, dass Standardprodukte ihre Funktion als Sicherheitssensoren auch bei einem einzigen Ausfall nicht verlieren. Die Wahl von Sicherheitstürschaltern mit Prüfzeichen von nationalen und internationalen Zertifizierungsstellen gewährleistet ein noch höheres Sicherheitsniveau.

Anwendungen von Sicherheitstürschaltern

Sicherheitstürschalter werden für die Sicherheit oder den Geräteschutz eingesetzt. Nachfolgend einige Anwendungsbeispiele für Sicherheitstürschalter:

1. Maschinen- und Robotersteuerung

Sie dienen zur Steuerung des Starts und Stopps von Maschinen und zur Gewährleistung der Sicherheit von Industrierobotern. Industriemaschinen, die häufig in der Produktion eingesetzt werden, haben außerhalb ihres Bewegungsbereichs Sicherheitsbarrieren, bei denen es sich in den meisten Fällen um Sicherheitstürschalter handelt. Sie sind so konzipiert, dass sie die Maschine automatisch anhalten, wenn eine Tür oder eine Abdeckung geöffnet wird, um Personenschäden zu vermeiden.

2. Sicherheitsanwendungen

Sicherheitsschalter können auch für die Gebäudesicherheit eingesetzt werden. Sicherheitstürschalter werden an Eingangs- und Ausgangstüren von Gebäuden angebracht, um Eindringlinge am Betreten zu hindern, indem sie einen Alarm auslösen, wenn die Tür unbeabsichtigt geöffnet oder geschlossen wird.

3. Medizinische Geräte

Sicherheitstürschalter werden auch in medizinischen Geräten zum Schutz von Maschinen und zur Erhöhung der Sicherheit eingesetzt, z. B. in MRT-Labors (Magnetresonanztomographie), wo eine Tür mit einem Sicherheitstürschalter die Untersuchung unterbricht, wenn sie geöffnet oder geschlossen wird. Sicherheitstürschalter spielen eine wesentliche Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit von MRT-Untersuchungen.

Funktionsweise von Sicherheitstürschaltern

Sicherheitstürschalter bestehen aus einem Sensor und einem Steuerkreis.

1. Sensor

Sensoren sind die Komponenten, mit denen erkannt wird, ob eine Tür oder Abdeckung offen oder geschlossen ist. Sie haben die Form von Mikroschaltern, Endschaltern oder magnetischen Reed-Schaltern. Sie erkennen den Öffnungs-/Schließzustand der Tür und geben ein Signal an den Steuerkreis zurück.

2. Steuerkreise

Der Steuerkreis ist ein elektrischer Schaltkreis, der z. B. für die automatische Abschaltung der Maschine zuständig ist. Der Steuerkreis wird durch die Rückmeldung des Sensors aktiviert und hält die Maschine automatisch an, wenn die Tür geöffnet wird.

Wird manchmal in Kombination mit Not-Aus-Schaltern verwendet. Not-Aus-Schalter stoppen die Maschine im Falle einer Gefahr schnell.

Die Kombination von Sicherheitstürschaltern und Notausschaltern bietet einen größeren Schutz für den Bediener und seine Umgebung.

Arten von Sicherheitstürschaltern

Sicherheitstürschalter können in zwei Haupttypen unterteilt werden: berührungslose und elektromagnetische Verriegelung.

1. Berührungsloser Typ

Berührungslose Türschalter sind Türschalter mit einem internen Reedschalter. Sie sind mit einem speziellen Betätiger ausgestattet und nutzen einen integrierten Magneten, um das Öffnen und Schließen zu erkennen. Da sie nicht mit der Tür in Berührung kommen, zeichnen sie sich dadurch aus, dass sie nur wenige Teile haben, die einem mechanischen Verschleiß unterliegen.

Während herkömmliche Reedschalter ihre Kontakte mit Hilfe eines Magneten öffnen und schließen können, sind Sicherheitstürschalter so konzipiert, dass sie einen speziellen Betätiger benötigen. Damit soll verhindert werden, dass der Reed-Schalter nicht richtig funktioniert.

2. Elektromagnetische Verriegelung

Türschalter mit elektromagnetischem Schloss haben die Funktion, die Tür mit einem elektromagnetischen Schloss zu verriegeln. Durch die Wahl eines elektromagnetischen Schlosses ist es möglich, ein unbeabsichtigtes Eindringen durch Verriegeln der Tür zu verhindern. In der Regel ist eine Verriegelung vorgesehen, die das Gerät anhält, wenn die Tür trotz Verriegelung gewaltsam geöffnet wird.

Weitere Informationen zu Sicherheitstürschaltern

Ähnliche Sicherheitsvorrichtungen

Zu den ähnlichen Sicherheitsvorrichtungen wie Sicherheitstürschalter gehören Lichtvorhänge und Laserscanner. Dabei handelt es sich um Geräte, die ein Eindringen erkennen, indem sie sichtbares und infrarotes Licht blockieren.

In den letzten Jahren wurden Lichtvorhänge und Laserscanner zunehmend in der Fertigung eingesetzt, um Platz zu sparen und flexibel auf Änderungen des Layouts reagieren zu können.

Was ist ein Schwingungssensor?

Ein Schwingungssensor ist ein Sensorelement zur Messung des Schwingungszustands einer Maschine oder eines Objekts.

Schwingungssensoren werden benötigt, um den Schwingungszustand von Maschinen zu ermitteln und zu überwachen. Die drei Indikatoren für die Schwingung eines Objekts sind Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verschiebung. Schwingungssensoren messen diese indikativen physikalischen Größen und wandeln sie in elektrische Größen wie Spannung und Strom um.

Schwingungssensoren gibt es im Allgemeinen in zwei Ausführungen, nämlich berührend und berührungslos. Je nach der zu messenden physikalischen Größe (Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg) und der Situation des Objekts müssen diese beiden Schwingungssensoren getrennt eingesetzt werden. Darüber hinaus werden bei der detaillierten Auswahl des Schwingungssensors zur Verbesserung der Messgenauigkeit die Größe und der Frequenzbereich des Messobjekts sowie die Messumgebung berücksichtigt.

Anwendungen für Schwingungssensoren

Schwingungssensoren werden in Produktionsanlagen sowie in Forschung und Entwicklung eingesetzt. In Produktionsanlagen sind Schwingungssensoren für die vorbeugende Instandhaltung nützlich, um Fehler und Schäden an Anlagen frühzeitig zu erkennen. Der Einsatz von Sensoren kann hohe Reparaturkosten und eine verringerte Produktionseffizienz aufgrund von Ausfällen und Schäden verhindern.

In den letzten Jahren wurden kleine Schwingungssensoren in Produktionsanlagen eingesetzt, vor allem für die Maschinendiagnose und die vorausschauende Wartung mit Hilfe der IoT-Technologie. Ein Beispiel für den Einsatz von Schwingungssensoren im Bereich der Forschung und Entwicklung ist die Schwingungsmessung bei Produkttests und Dauertests.

Schwingungssensoren werden auch zur Bewertung des Fahrgastkomforts eingesetzt, insbesondere in der Automobilindustrie. Weitere Anwendungen im Bereich der Industrieanlagen reichen von elektrischen Geräten über Fahrzeuge bis hin zu Produktionsrobotern.

Funktionsweise der Schwingungssensoren

Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Arten von Schwingungssensoren, berührende und berührungslose Sensoren. Berührende Schwingungssensoren werden zur Messung der Beschleunigung verwendet, während berührungslose Schwingungssensoren zur Messung der Geschwindigkeit und des Weges eingesetzt werden.

In diesem Abschnitt werden die Funktionsweisen der einzelnen Schwingungssensoren vorgestellt, die für verschiedene Schwingungsmessungen (Beschleunigung, Geschwindigkeit und Weg) geeignet sind:

1. Berührender Typ: Beschleunigungssensoren mit piezoelektrischem Sensor

Piezoelektrische Sensoren nutzen den piezoelektrischen Effekt in piezoelektrischen Materialien. Der piezoelektrische Effekt ist ein Phänomen, bei dem ein piezoelektrisches Material (piezoelektrisches Element), wie z. B. ein Einkristall aus Quarz, auf seiner Oberfläche eine elektrische Ladung erzeugt, wenn es einer Kraft ausgesetzt wird. Der piezoelektrische Effekt erzeugt ein elektrisches Signal, das der Beschleunigung entspricht.

2. Berührungslos: Laser-Doppler-Sensoren mit Geschwindigkeitsmessung

Laser-Doppler-Sensoren machen sich den Dopplereffekt zunutze. Der Sensor sendet einen Laserstrahl auf ein vibrierendes Objekt und wandelt die Frequenzänderung des vom vibrierenden Objekt reflektierten Laserstrahls in eine Spannung als Geschwindigkeitsänderung um und erfasst so die Geschwindigkeit der Vibration.

3. Berührungslos: kapazitive Sensoren mit Wegmessfunktion

Kapazitive Sensoren beruhen auf der Funktionsweise der Messung der Kapazität zwischen dem Sensor und dem zu messenden Objekt und der Berechnung des Abstands. Ändert sich der Abstand zwischen dem Sensor und dem Messobjekt, ändert sich der Kapazitätswert, wodurch die Verschiebung der Vibration gemessen wird.

Weitere Informationen über Schwingungssensoren

1. Erfassungselemente von Schwingungssensoren

Das Erfassungselement von Maschinenschwingungen ist die zeitliche Änderung des Betrags einer Größe, die die Bewegung oder Verschiebung eines Maschinensystems darstellt. In vielen Fällen wechselt die Schwingung zwischen Zuständen, die größer und kleiner als der Durchschnitts- oder Referenzwert sind, und diese Schwingung besteht im Allgemeinen aus drei Elementen: Amplitude, Frequenz und Phase.

Vor allem Schwingungen, die sich in regelmäßigen Abständen wiederholen, werden als harmonische Schwingungen bezeichnet und bestehen aus einer einzigen Frequenz. Die Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind in solchen Fällen wie folgt:

Durch Differenzierung der Verschiebung kann die Geschwindigkeit abgeleitet werden, und durch Differenzierung der Geschwindigkeit kann die Beschleunigung abgeleitet werden.

• Auslenkung d = Dsin (ωt + Φ)
• Geschwindigkeit v = Vcos (ωt + Φ)
• Beschleunigung a = – Asin (ωt + Φ)

wobei D: einfache Amplitude, ω: jede Geschwindigkeit ω = 2πf, f: Frequenz f = 1/T, T: Periode (Sekunden), Φ: Anfangsphase.

Zu den Schwingungssensoren, die zur Erfassung dieser harmonischen Schwingungen verwendet werden, gehören Beschleunigungssensoren (piezoelektrischer Typ), Geschwindigkeitssensoren (elektrodynamischer Typ) und berührungslose Wegsensoren (Wirbelstromtyp). Die piezoelektrischen Beschleunigungssensoren zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie einen großen Frequenzbereich abdecken können.

2. Einsatz von Schwingungssensoren

In diesem Abschnitt wird beispielhaft beschrieben, wie piezoelektrische Schwingungssensoren zur Überwachung von Schwingungen eingesetzt werden. Piezoelektrische Schwingungssensoren nutzen den piezoelektrischen Effekt und erzeugen und geben eine elektrische Ladung aus, die proportional zu der aufgebrachten externen Kraft ist. Piezoelektrische Schwingungssensoren des Typs mit Ladungsausgang sind besonders vorteilhaft in Bezug auf die Miniaturisierung.

Es ist wichtig, dass der Sensor mit Stehbolzen fest an dem nicht gemessenen Objekt befestigt wird. Ist der Sensor nicht fest angebracht, kann er Filtereigenschaften mit eigenartigen Dämpfungseigenschaften im Frequenzgang usw. aufweisen, was eine genaue Messung unmöglich macht. Andere Methoden der Befestigung sind die Verwendung von Klebstoffen oder Magneten.

Die Frequenzanalyse wird häufig zur Analyse der von Schwingungssensoren erfassten Daten verwendet. Die Frequenzanalyse ist eine Methode, bei der die gemessene Wellenform auf Frequenzkomponenten und Intensität untersucht wird, was Aufschluss darüber gibt, ob sich die Schwingung eines Objekts unter normalen Betriebsbedingungen befindet oder nicht.

Was ist ein Infrarotsensor?

Infrarotsensoren sind Sensoren, die Lichtstrahlen im infraroten Bereich erkennen. Licht unterscheidet sich in Farbe und Eigenschaften je nach seiner Wellenlänge. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt zwischen 400 nm und 800 nm, andere Wellenlängen sind für das Auge nicht sichtbar. Für das menschliche Auge erscheinen Lichtstrahlen um 400 nm violett und Lichtstrahlen um 800 nm rot.

Wenn es um unsichtbare Lichtstrahlen geht, werden Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 400 nm oder weniger als ultraviolette Strahlen bezeichnet, während Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 800 nm oder mehr als Infrarotstrahlen bezeichnet werden. Infrarotsensoren sind Sensoren, die die oben erwähnten Infrarotstrahlen erkennen. Neben der Erfassung von Infrarotstrahlen gibt es auch Methoden, die Infrarotstrahlen aussenden und die reflektierten Wellen erfassen.

Anwendungen von Infrarotsensoren

Infrarotsensoren werden auf vielfältige Weise in Konsumgütern eingesetzt. Ein typisches Beispiel sind Fernbedienungen für Fernseher. Der Infrarotsensor des Fernsehers empfängt die Betriebssignale der Fernbedienung. Dabei macht man sich die unsichtbaren Eigenschaften von Infrarotlicht zunutze.

Infrarotsensoren werden auch in Thermometern eingesetzt. Die Temperatur wird anhand der Eigenschaft ermittelt, dass eine Substanz umso mehr Infrarotlicht aussendet, je heißer sie ist. Da Temperaturen schnell und berührungslos erfasst werden können, waren sie bei Ausbrüchen von Infektionskrankheiten nützlich. In der Industrie finden Infrarotsensoren eine Vielzahl von Anwendungen, darunter auch in der Weltraumforschung und im Militär.

Arten von Infrarotsensoren

Infrarotsensoren werden aktiv erforscht und sind in einer Vielzahl von Materialien erhältlich. Das Prinzip wird hauptsächlich in thermische und Quanten-Sensoren unterteilt. Die Infrarot-Wellenlängen werden in Nahin-, Mittel- und Ferninfrarot unterteilt und jeder Sensor hat sein eigenes Fachgebiet.

1. Thermische Infrarotsensoren

Ein typisches Beispiel für einen Infrarotsensor des thermischen Typs ist der pyroelektrische Typ. Pyroelektrische Infrarotsensoren bestehen aus ferroelektrischen pyroelektrischen Keramiken und nutzen den pyroelektrischen Effekt. Wenn der Sensor durch Infrarotstrahlung erwärmt wird, ändert sich aufgrund des pyroelektrischen Effekts die Ladungsmenge auf der Keramik. Der Strom, der durch den Sensor fließt, wird entsprechend der veränderten Ladungsmenge erfasst.

Selbst die geringste Infrarotstrahlung, die vom menschlichen Körper ausgeht, kann erfasst werden. Thermopile-Sensoren sind eine weitere Art von Thermosensoren. Thermopiles sind thermoelektromotorische Sensoren, die aus mehreren Thermoelementen bestehen und die Wärmeenergie der Infrarotstrahlung in elektromotorische Kraft umwandeln.

2. Quanten-Infrarotsensoren

Quanten-Infrarotsensoren sind Sensoren, die die Energie der Bandlücke als elektrischen Strom erfassen. Der Mechanismus ist der gleiche wie bei Sonnenkollektoren, die aus Materialien mit Elementen bestehen, die bei Infrarot-Wellenlängen Strom erzeugen. Die Erkennungsempfindlichkeit ist zwar 100- bis 1000-mal höher als bei thermischen Sensoren, aber der Sensor selbst erzeugt auch Wärme, so dass er ausreichend gekühlt werden muss.

Weitere Informationen über Infrarotsensoren

1. Nachteile von Infrarotsensoren

Infrarotsensoren können Fehlfunktionen oder Störungen aufweisen. Fehlfunktionen treten auf, wenn der Sensor durch ein Objekt blockiert wird, das keine Ferninfrarotstrahlung durchlässt, wie z. B. Glas oder Acryl, oder wenn sich das erfasste Objekt kaum bewegt.

Automatische Türen sind ein Beispiel dafür. Automatische Türen erkennen Objekte anhand der Änderungsrate der Infrarotreflexion. Aufgrund dieses Prinzips kommt es zu Fehlfunktionen, wenn Sie Kleidung in der gleichen Farbe wie der Teppich tragen oder sich der automatischen Tür vorsichtig nähern.

Er kann auch durch andere Wärmequellen als den menschlichen Körper gestört werden. So kann es beispielsweise bei Sonnenlicht oder Glühlampenlicht zu Fehlfunktionen kommen. Sie können auch bei plötzlichen Temperaturschwankungen in der Nähe von Klimaanlagen und Heizungen ausfallen.

2. Infrarotsensoren und Fahrzeuge

Das Fahren bei Nacht erhöht die Wahrscheinlichkeit von Unfällen aufgrund schlechter Sicht. Infrarotsensoren gelten als die neuen Augen, die die Probleme beim Fahren in der Nacht lösen und die Sicherheit erhöhen.

Nachtsichtsysteme
Infrarotsensoren machen Fußgänger und andere Objekte sichtbar und zeigen sie auf einem Display an. Bei passiven Sensoren wird die Ferninfrarotstrahlung direkt erfasst, so dass keine Beleuchtung erforderlich ist. Aktive Systeme verwenden Nahinfrarotlicht, um die Straße zu beleuchten und eine Infrarotkamera, um das reflektierte Licht zu erfassen. GM und Honda verwenden die Ferninfrarot-Methode, während Toyota die Nahinfrarot-Methode in der Praxis eingesetzt hat.

Überwachung des Fahrzeugumfangs
Infrarotkameras sind an allen vier Seiten des Fahrzeugs angebracht, um Fußgänger im toten Winkel zu erkennen. Es wurde ein System entwickelt, das den Fahrer beim Starten des Fahrzeugs warnt, wenn Fußgänger anwesend sind und ihn davon abhält, das Fahrzeug zu starten.

Klimatisierungssysteme
Es wurde ein System zur Steuerung der Klimaanlage entwickelt, das die von den Insassen ausgehende Ferninfrarotstrahlung nutzt, um die Oberflächentemperatur zu messen und die Luftauslässe zu schalten.

Was ist ein Leistungstransistor?

Leistungstransistoren sind Transistoren mit einer zulässigen Leistung von 1 W oder mehr im Betrieb.

Sie werden in elektrischen Geräten verwendet, die mit großen Strömen betrieben werden. Die Hauptaufgaben von Leistungstransistoren sind die Stromverstärkung, das Schalten und die Gleichrichtung von Wechselstrom.

Aufgrund der großen Ströme, die sie verarbeiten, erzeugen sie während des Betriebs viel Wärme, und einige Produkte haben Gehäuse aus hitzebeständigem Metall oder verfügen über begleitende Rippen zur Wärmeableitung. Es gibt verschiedene Arten von Leistungstransistoren, von denen bipolare Leistungstransistoren, MOSFETs und IGBTs typische Beispiele sind.

Anwendungen von Leistungstransistoren

Leistungstransistoren werden für Anwendungen wie das Schalten und die Stromverstärkung in elektrischen Geräten verwendet, die einen hohen Betriebsstrom benötigen. Typische Anwendungen sind Haushaltsgeräte wie Klimaanlagen, Kühlschränke und Waschmaschinen, Solarstromerzeugung und Elektrofahrzeuge.

Je nach Anwendung müssen die zulässige Stromstärke und Spannung, die während des Betriebs erzeugte Wärme und die Größe berücksichtigt werden. Bei Produkten, die mit hoher Präzision arbeiten müssen, sind auch die Schaltgeschwindigkeit und andere Faktoren zu berücksichtigen, z. B. die Schaltgeschwindigkeit des durch den Stromkreis fließenden Stroms und die Verstärkung des Stroms.

Funktionsweise von Leistungstransistoren

Die Funktionsweise von Leistungstransistoren hängt vom Typ ab, z. B. von Bipolartransistoren, MOSFETs und IGBTs.

1. Bipolartransistor

Ein Bipolartransistor ist ein Transistor mit einer Struktur, die aus drei miteinander verbundenen Schichten von N- und P-Halbleitern besteht. Die Halbleiter, aus denen der Bipolartransistor besteht, haben Anschlüsse, die aus jedem Halbleiter herauskommen und als Basis, Emitter und Kollektor bezeichnet werden.

Fließt ein Strom durch die Basis, während an Emitter und Kollektor Spannung anliegt, fließt ein großer Strom zwischen Emitter und Kollektor.

2. MOSFET

Ein MOSFET ist ein Transistor, der ähnlich aufgebaut ist wie ein Bipolartransistor. Die Anschlüsse werden als Source, Drain und Gate bezeichnet.

Wenn eine Spannung an das Gate angelegt wird, fließt ein Strom zwischen Source und Drain. Aufgrund ihrer hohen Schaltgeschwindigkeit werden diese Transistoren in Produkten eingesetzt, die eine schnelle Steuerung erfordern.

3. IGBT

IGBTs sind Transistoren mit einer ähnlichen Struktur wie die beiden oben genannten Transistoren. Die Anschlüsse werden als Gate, Emitter und Kollektor bezeichnet.

Die Struktur ist eine Kombination aus Emitter und Kollektor eines bipolaren Transistors und dem Gate eines MOSFETs. Es handelt sich um einen flexiblen Transistortyp, der die Vorzüge der beiden oben genannten Transistoren vereint.

Arten von Leistungstransistoren

Es gibt zwei Haupttypen von Leistungstransistoren, nämlich Bipolartransistoren und Feldeffekttransistoren. Der Begriff Transistor bezieht sich im Allgemeinen auf Bipolartransistoren.

1. Bipolartransistor

Bipolartransistoren sind stromgesteuerte Bauelemente. Es gibt NPN- und PNP-Typen, je nachdem, wie die Halbleiter gestapelt sind. Sie haben im Allgemeinen drei Anschlüsse, zwei Pfade für den Ausgangsstrom (Eingang und Ausgang) und einen Eingang, der den Ausgangsstrom steuert.

Üblich sind Schaltungen mit geerdetem Emitter, bei denen das Eingangssignal an der Basis (B), die + Versorgung am Kollektor (C) und der Emitter (E) geerdet sind. Der Gleichstrom-Verstärkungsfaktor von Bipolartransistoren wird als β oder hFE ausgedrückt und liegt zwischen zehn und 200. Leistungstransistoren mit Darlington-Schaltung sind ebenfalls in der Lage, β zu erzielen (hier liegt β im Bereich von Hunderten bis Tausenden).

2. Feldeffekttransistoren

Feldeffekttransistoren hingegen sind spannungsgesteuerte Bauelemente; es gibt sie in N- oder P-Kanal-Struktur.

Sie haben in der Regel drei Anschlüsse, zwei Pfade für die Ausgangsspannung (Eingang und Ausgang) und einen Eingang, der die Ausgangsspannung steuert. Üblicherweise wird eine Schaltung mit Source-Masse verwendet, bei der das Eingangssignal am Gate (G), die +Versorgung am Drain (D) und die Source (S) geerdet ist.

Der Gleichspannungsverstärkungsfaktor eines Elektrolyt-Effekt-Transistors wird durch den gegenseitigen Leitwert (gm) ausgedrückt. In Bezug auf die Schalteigenschaften ist er dem Leistungstransistor überlegen und wird häufig in Schaltnetzteilen eingesetzt.

Weitere Informationen über Leistungstransistoren

Identifizierung von NPN- und PNP-Transistoren

Der Ausfall eines Transistors, der häufig in Ausgangs- und Stromversorgungsteilen verwendet wird, kann zu einem Ausfall oder einer Instabilität der Schaltung führen. Es ist daher wichtig zu prüfen, ob der Transistor ausgefallen ist.

1. NPN-Transistor
Bei NPN-Transistoren (2SC oder 2SD) ist Folgendes zu prüfen:

• Basis (B) positiv, Durchgang zum Kollektor (C), in umgekehrter Richtung nicht leitend
• Basis (B) positiv, Durchgang zum Emitter (E) und kein Durchgang in umgekehrter Richtung
• Kollektor (C) – Emitter (E) in beiden Richtungen nicht leitend

Wenn alle drei Punkte zutreffen, ist der Transistor in Ordnung.

2. PNP-Transistoren
Bei einem PNP-Transistor (2SA oder 2SB) ist die umgekehrte Richtung richtig, prüfen Sie Folgendes:

• Kollektor (C) positiv, leitend zur Basis (B) und nicht leitend in umgekehrter Richtung
• Emitter (E) positiv, leitend zur Basis (B), nicht leitend in der umgekehrten Richtung
• Kollektor (C) – Emitter (E) in beiden Richtungen nicht leitend

Wenn alle drei Bedingungen zutreffen, ist der Transistor in Ordnung. Beachten Sie, dass dieser Test nicht für Darlington-Transistoren verwendet werden kann.

Wenn das Prüfgerät im Durchgangsbereich verwendet wird, ist die rote Seite negativ und die schwarze Seite positiv. Achten Sie auf die Polarität der Prüfspannung an den Leitungen des Prüfgeräts. Trennen Sie außerdem vor der Prüfung immer die Stromversorgung sowie die Eingangs- und Ausgangsleitungen der nicht zu prüfenden Objekte ab.

Was ist eine Seilscheiben?

Eine Seilscheibe ist eine Scheibe, die dazu dient, einen Gegenstand über ein Seil, einen Draht oder einen Riemen anzuheben. Sie hat den gleichen Aufbau wie eine Seilscheibe, aber Seilscheiben, die für Förderbänder und Flachriemen verwendet werden, werden normalerweise nicht als Seilscheiben bezeichnet. Sie haben eine Rille in der Mitte und einen erhöhten Rand und sind im Allgemeinen so beschaffen, dass das Seil oder der Draht nicht von der Seilscheibe abspringen kann. Die Verbindung zur Welle ist mit einem Lager versehen. Bei der Verwendung in Kränen wird jedoch ein starkes Lager verwendet, da ein Teil der Scheibe einer sehr hohen Belastung ausgesetzt ist.

Verwendungszwecke von Seilscheiben

Seilscheiben werden zum Heben und Bewegen von Gegenständen mit Hilfe von Seilen, Drähten, Drahtseilen, Gurten und Kabeln verwendet. Sie werden in Baumaschinen wie Kränen, Seilbahnen und Aufzügen eingesetzt. Bei sehr schweren Lasten, wie z. B. Kränen, können mehrere Seilscheiben in Reihe geschaltet werden, um die Last pro Scheibe zu verringern. Bei der Auswahl einer Seilscheibe ist darauf zu achten, dass die Seilscheibe für die Länge des Seilscheiben-Durchmessers geeignet ist und die zulässige Belastung oder Geschwindigkeit mit einem ausreichenden Sicherheitsfaktor gewählt wird.

Prinzip der Seilscheiben

Eine Seilscheibe besteht aus einem Zylinder mit einer Bohrung in der Mitte, einer Nut in der Mitte des Umfangs und einem erhöhten Rand, einem Lager und einem Sicherungsring. Die Breite der Rille im Seilscheibenkörper wird von verschiedenen Unternehmen in einer Vielzahl von Abmessungen angeboten, um eine Vielzahl von Seilen und Drähten aufnehmen zu können. Der Körper, die Lager und die Halteringe, aus denen die Seilscheiben bestehen, werden häufig in Kränen und anderen Baumaschinen verwendet, so dass viele Produkte aus verschleiß-, staub- und korrosionsfesten Materialien hergestellt werden. Für die Lager werden Produkte verwendet, die hohen Belastungen bei niedrigen Drehzahlen standhalten.

Im Betrieb liegt das Seil oder der Draht in der Rille der Seilscheibe an, und wenn eine Zugkraft auf eine Seite ausgeübt wird, dreht sich die Scheibe um ihre Achse und bewegt sich gleichzeitig in die Richtung, in die das Seil oder der Draht gezogen wird. Auf diese Weise kann die auf das Seil oder den Draht ausgeübte Kraft die Richtung der durch die Seilscheibe wirkenden Kraft ändern.

Größe der Seilscheiben

Die Größe der Seilscheiben ist in den JIS-Normen festgelegt. Sie wird als D/d ausgedrückt, ein berechneter Wert unter Verwendung des Nenndurchmessers D der Seilscheibe und des Drahtdurchmessers d.

Der Nenndurchmesser D einer Seilscheibe ist der Teilkreisdurchmesser der Seilscheibe, d. h. der Durchmesser zwischen den Mittelpunkten des Drahtseils, wenn das Drahtseil durch die Seilscheibe geführt wird. Es gibt drei Gruppen von Seilscheiben-Teilkreisdurchmessern, die sich nach der Anzahl der Litzen und danach richten, ob der Draht aus rostfreiem Stahl besteht oder nicht. Die Klassifizierung hängt auch davon ab, ob es sich bei dem Kran um einen Laufkran oder einen Mobilkran handelt. Der Drahtdurchmesser d ist der Durchmesser des verwendeten Drahtseils.

Dieser D/d-Standard wird von JIS definiert, und es gibt sechs verschiedene Standards. Die Auswahlmethode besteht darin, den Durchmesser der Seilscheibe anhand des Seildurchmessers d oder den zu verwendenden Seildurchmesser anhand des Nenndurchmessers D der Seilscheibe auszuwählen. Wird die Größe der Seilscheibe nicht entsprechend dem Verwendungszweck gewählt, kann die Belastung des Drahtseils zu einer vorzeitigen Beschädigung führen oder das Drahtseil kann sich von der Scheibe lösen.

Beziehung zwischen Seilscheiben und Kranen

Seilscheiben werden immer an Kränen verwendet, die Lasten mit Hilfe von Drahtseilen heben und senken. Das Drahtseil wird von der Trommel zugeführt und gelangt über die Seilscheibe zum Haken. Der Haken ist dann mit mehreren Seilscheiben ausgestattet, und schwere Lasten können angehoben werden, indem das Seil mehrmals durch den Haken geführt wird. In einem Kranwagen läuft das Drahtseil von der Seiltrommel durch die Führungsrolle, die obere Auslegerrolle, die Hakenrolle und die Öko-Tragegurtrolle.

Die Rolle der Seilscheibe ist in einem Kran sehr wichtig. Ein schlechter Lauf der Seilscheibe führt nicht nur zu ungleichmäßigem Verschleiß, sondern kann auch das Drahtseil beschädigen. Wenn das Drahtseil beschädigt ist, kann es zu Unfällen kommen, weil das Seil während des Betriebs reißt. Es ist daher wichtig, dass die Lager in der Mitte der Seilscheibe regelmäßig geschmiert und auf Rotationsfehler hin gewartet werden.

Wenn Krane über einen längeren Zeitraum in der gleichen Kranposition arbeiten, konzentriert sich die Verdrehung des Drahtseils auf die Seilscheiben. Eine konzentrierte Verdrehung kann zu Rillen in den Seilscheiben, Litzenbrüchen und Kerndrahtauswurf führen. Der Verschleiß der Seilscheiben gehört zu den Inspektionspunkten, und wenn der Verschleiß zu groß ist, muss die Seilscheibe ausgetauscht werden.

Was ist ein DIN-Steckverbinder?

DIN-Steckverbinder sind Steckverbinder, die der deutschen Norm für Industriegüter, der DIN, entsprechen.

Die gebräuchlichste Form ist ein runder Steckverbinder mit einem Durchmesser von 13,2 mm, aber es gibt auch zweiteilige Steckverbinder. Kleinere, runde Steckverbinder mit einem Durchmesser von 9,5 mm werden auch als Mini-DIN-Steckverbinder bezeichnet.

In die innere Abschirmung des Steckers werden Signalstifte von 2 bis 8 Stiften eingeführt. Sie sind in der Regel nicht mit einem Verriegelungsmechanismus ausgestattet, so dass sie bei starkem Zug getrennt werden können. Es gibt männliche und weibliche Typen, die je nach Form des Steckers miteinander verbunden sind.

Verwendung von DIN-Steckverbindern

DIN-Steckverbinder sind besonders bei Audiogeräten verbreitet und im Alltag häufig anzutreffen. Sie werden für den Ein- und Ausgang von Stereosignalen, für den Anschluss von Aufnahmegeräten, Fernbedienungsanschlüssen, Auto-Audio-Systemen, Lautsprechern usw. verwendet.

Weitere Anwendungen sind elektronische Musikinstrumente, Computer, Fernsehgeräte, Videospielkonsolen und Mikrofone.

Zweiteilige Steckverbinder können verwendet werden, um elektronische Leiterplatten für Personalcomputer miteinander zu verbinden. Zweiteilige Steckverbinder haben eine quadratische Form und weisen viele Variationen in Bezug auf die Anzahl der Stifte und den Abstand auf.

Funktionsweise von DIN-Steckverbindern

DIN-Steckverbinder haben eine Steckerseite und eine Buchsenseite und bestehen aus einem Gehäuse und Kontakten, die sowohl bei Steckern als auch bei Buchsen verwendet werden.

Das Gehäuse ist der Teil des Körpers, in den die Kontakte integriert sind. Es besteht aus einem isolierenden Material, hauptsächlich Kunststoff, um die Kontakte zu schützen.

Das Kontaktteil ist der Kontakt, der die elektrische Verbindung herstellt, wenn der Steckverbinder angeschlossen wird, und der als Steckverbinder fungiert.

Die Form des Gehäuses und der Kontakte ist bei männlichen und weiblichen Steckern leicht unterschiedlich, um eine gute Verbindung zu gewährleisten, aber sie dienen demselben Zweck. Wenn ein Stecker und eine Buchse zusammengefügt werden, berühren sich die Kontakte und es wird eine elektrische Verbindung hergestellt.

Je nach Art des Steckverbinders können weitere Komponenten verwendet werden, z. B. ein Gehäuse zum Schutz der Kontakte oder eine Öse zur Verbindung des Gehäuses mit dem Gehäuse.

DIN-Steckverbinder sind Steckverbinder, die der DIN-Norm entsprechen, einer deutschen Industrienorm. Als solche erfüllen sie die elektrische Kapazität, die Betriebsspannung, die Leistungsklasse und die Sicherheitskriterien gemäß der Norm.

Was ist ein photoelektrischer Sensor?

Photoelektrische Sensoren sind Sensoren, die Licht erkennen.

Sie nutzen die Eigenschaften des Lichts, um die Oberflächenform und den Zustand des zu messenden Objekts sowie die darin enthaltenen Stoffe zu erkennen. Sie eignen sich für die Inspektion vor dem Versand und für zerstörungsfreie Prüfgeräte, da sie die Oberflächenform und die Inhaltsstoffe berührungslos erkennen können. Sie zeichnen sich auch durch ihre Fähigkeit aus, große Entfernungen zu messen, kurze Reaktionszeiten und eine hohe Auflösung. Zu den Erkennungsmethoden gehören Transmissions-, Retroreflexions- und Reflexionstypen.

Anwendungen der photoelektrischen Sensoren

Photoelektrische Sensoren werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Konsumgütern bis hin zu Industrieanlagen. Beispiele für den Einsatz sind:

1. Die Kontrolle in Produktionsanlagen für Lebensmittel und Verbrauchsgüter
2. Automatische Türen und Schranken in Gebäuden und Wohnanlagen
3. Sensoren zur Abstandsmessung in mobilen Transportmitteln wie Zügen und Autos
4. Laborgeräte wie Dickenmessgeräte und Geräte zur zerstörungsfreien Prüfung

Funktionsweise der photoelektrischen Sensoren

Photoelektrische Sensoren bestehen aus einem Projektor mit einem eingebauten lichtemittierenden Element, einem Empfänger mit einem eingebauten lichtempfangenden Element, einem Verstärker oder einer anderen Verstärkungseinrichtung und einem Ausgangsanschluss. Sie lassen sich je nach Messverfahren in Transmissions-, Retroreflexions- und Reflexionstypen einteilen.

1. Transmissions-Typ

Beim Transmissions-Typ wird das Messobjekt zwischen dem Projektor und dem Empfänger platziert und das vom Projektor ausgestrahlte Licht wird vom Messobjekt aufgefangen, um es zu erkennen. Wenn das zu erfassende Objekt undurchsichtig ist, kann es unabhängig von seiner Farbe oder seinen Bestandteilen gemessen werden.

2. Retroreflexions-Typ

Beim Retroreflexions-Typ befindet sich das zu messende Objekt zwischen dem Sender/Empfänger, der eine Kombination aus Sender und Empfänger ist, und dem Reflektor, der das vom Sender/Empfänger abgestrahlte Licht reflektiert. Der Reflektor kann auf engem Raum installiert werden, so dass Messungen auf engem Raum möglich sind.

3. Reflexions-Typ

Der Reflexions-Typ erfasst das vom Sender und Empfänger ausgestrahlte Licht, indem er es auf das zu messende Objekt zurückwirft. Er zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, zwischen Farben zu unterscheiden.

Weitere Informationen über photoelektrische Sensoren

1. Unterschiede zwischen photoelektrischen Sensoren und Lasersensoren

Photoelektrische Sensoren und Lasersensoren werden nach der Art der verwendeten Lichtquelle unterschieden. Photoelektrische Sensoren verwenden im Allgemeinen LED-Lichtquellen, während Lasersensoren mit Laserlicht arbeiten. Laserlicht ist gerichteter als LED-Licht und das vom Projektor ausgestrahlte Licht ist weniger diffus. Dadurch lassen sich auch kleine Objekte erkennen. Aufgrund seiner hohen Energie kann das Licht auch über große Entfernungen ohne Abschwächung projiziert werden.

LED-Licht kann aufgrund der Streuung und des Auslaufens kleine Objekte nicht erkennen, wenn es von einem Flutlichtscheinwerfer ausgestrahlt wird. Auch die Energie ist nicht hoch, so dass es für die Erkennung über große Entfernungen nicht geeignet ist. Falschmeldungen aufgrund von Streulicht können auch auftreten, wenn benachbarte Lichtschranken in der Nähe installiert sind. Photoelektrische Sensoren werden daher eingesetzt, wenn eine geringere Genauigkeit erforderlich ist, und sind kostengünstiger. Lasersensoren werden für Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf Genauigkeit ankommt, wie z. B. bei der Erkennung von großen Entfernungen und kleinen Objekten, und sind relativ teuer.

2. Verwendung photoelektrischer Sensoren

Photoelektrische Sensoren werden in vielen Installationen verwendet, weil sie preiswert und einfach zu handhaben sind, aber bei falscher Anwendung können sie Probleme verursachen.

Eines der häufigsten Probleme mit photoelektrischen Sensoren ist die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Sensoren. Eine gegenseitige Beeinflussung tritt auf, wenn das vom Projektor des einen Sensors ausgestrahlte Licht in den Empfänger des anderen Sensors gelangt. Die LED-Lichtquelle eines photoelektrischen Sensors streut nach der Bestrahlung, und je länger der Projektionsabstand ist, desto größer ist die Streubreite.

Um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden, ist es sinnvoll, die Installationsabstände zu trennen, die Lichtsender und -empfänger abwechselnd zu installieren und Interferenzschutzfilter oder Lichtabschirmungen anzubringen. Im Allgemeinen wird ein Montageabstand vom 1,5- bis 2-fachen des Betriebsabstandes empfohlen. Ist ein geringerer Installationsabstand erforderlich, sollten Störschutzfilter in Betracht gezogen werden. Störschutzfilter werden von verschiedenen Herstellern passend zum Sensor angeboten.

Was ist ein DC-Axiallüfter?

Ein Dc-Axiallüfter ist ein Axiallüfter zur Kühlung von Geräten, die mit Gleichstrom versorgt werden.

Der Zweck der Installation eines Dc-Axiallüfters besteht darin, die im Gerät erzeugte Wärme nach außen abzuführen oder umgekehrt Wärme von außen in das Innere des Geräts zu leiten. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur im Inneren des Geräts regeln.

Im Allgemeinen entsteht Wärme, wenn das Gerät in Betrieb ist. Bleibt diese unkontrolliert, steigt die Temperatur der elektronischen Bauteile im Gerät an, was im schlimmsten Fall zu Ausfällen oder Schäden führt. In diesem Fall kann ein Dc-Axiallüfter eingesetzt werden, um die im Gerät erzeugte Wärme abzuführen und Unfälle zu verhindern, bevor sie auftreten.

Einsatzgebiete von Dc-Axiallüftern

Dc-Axiallüfter werden hauptsächlich zur Kühlung von elektronischen Bauteilen wie Kondensatoren und ICs in Notebooks und Desktop-PCs, Schalttafeln, Messgeräten, Büroautomationsgeräten, Kommunikationsgeräten, Netzteilen, medizinischen und wissenschaftlichen Geräten eingesetzt.

Dc-Axiallüfter werden auch verwendet, um den langfristigen stabilen Betrieb und die Temperaturkontrolle von Autolüftern, Klimatisierungslüftern usw. zu gewährleisten.

Prinzip von Dc-Axiallüftern

Ein typischer Dc-Axiallüfter besteht aus einem beschaufelten Kunststoff- oder Metalllüfter, der mit einem Motor verbunden ist, der von einer Gleichstromquelle angetrieben wird. Die Luft wird auf der Vorderseite des Lüfters angesaugt und auf der Rückseite wieder ausgestoßen, um das Innere des Geräts zu kühlen. Umgekehrt saugen einige Lüfter die Luft von der Rückseite des Lüfters an und blasen sie nach vorne ab.

Axiallüfter sind Lüfter, bei denen die Richtung des Luftstroms mit dem Lüfter axial ist. Sie sind die effizientesten unter den Turbolüftern und werden häufig zur Kühlung von Heizelementen eingesetzt. Charakteristisch für Axialventilatoren ist die relativ geringe Erhöhung oder Verringerung des Luftstroms aufgrund von Widerständen. Wenn Axiallüfter in Geräte eingebaut werden, können Lärm und Stromverbrauch der Geräte reduziert werden, indem der Betriebspunkt des Lüfters auf die Seite des maximalen Luftstroms eingestellt wird.

In den letzten Jahren haben Dc-Axiallüfter mit PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation), die in Notebooks und Desktop-PCs eingesetzt werden, zudem die Möglichkeit, die Lüfterdrehzahl extern zu steuern. Dies ermöglicht eine angemessene Steuerung der Umgebungstemperatur.

Wie man einen Dc-Axiallüfter auswählt

Bei der Auswahl eines Dc-Axiallüfters sollten Sie zunächst die im Gerät erzeugte Wärmemenge (W) schätzen. Der Heizwert kann durch Umrechnung der Leistungsaufnahme des Geräts in den Heizwert berechnet werden. Der zulässige Temperaturanstieg ΔT im Gerät wird dann als Differenz zwischen der zulässigen Temperatur des Geräts und der maximalen Ansaugtemperatur des Lüfters bestimmt.

Anschließend wird der erforderliche Luftstrom Q berechnet, um den Wert der zulässigen Temperaturerhöhung ΔT zu erreichen. Der Systemwiderstand wird ebenfalls aus dem Lüftungswiderstand der Anlage oder aus historischen Daten geschätzt. Schließlich wird die Druck-Luftstrom-Q-Kennlinie des Axialventilators zur Auswahl des Ventilators verwendet.

Wenn es schwierig ist, den Lüftungswiderstand abzuschätzen, wird der Ventilator so ausgewählt, dass der maximale Luftstrom 1,3 bis 2 Mal höher ist als der erforderliche Luftstrom. Andererseits kann der Einsatz eines Lüfters dazu führen, dass Staub und andere Stoffe über einen längeren Zeitraum in das zu kühlende Gerät gelangen, was zu Fehlfunktionen oder Schäden an elektronischen Bauteilen führen kann.

In diesem Fall kann ein Filter auf der Ansaugseite vor dem Ventilator installiert werden, um zu verhindern, dass Staub und Fremdkörper in das Gerät gelangen. Allerdings muss ein Lüftungswiderstand hinzugefügt werden.

Weitere Informationen zu Dc-Axiallüftern

1. DC-Lüftermotoren

DC-Lüftermotoren, die in Dc-Axiallüftern verwendet werden, sind Lüftermotoren, die mit einer Gleichstromversorgung laufen. Im Allgemeinen werden sie in tragbaren Lüftern zur Kühlung des Gesichts und anderer Körperteile eingesetzt. Sie sind einfach aufgebaut und können mit Batterien betrieben werden. In der Industrie werden sie in Autolüftern, Ventilatoren für Klimaanlagen usw. eingesetzt.

Der Aufbau eines Gleichstromlüftermotors besteht aus einem Rotor, der im Falle eines allgemeinen Bürstenmotors aus einem Eisenkern, gewickelten Spulen und einem Kommutator besteht, und einem Stator, der aus einem Eisenkern, gewickelten Spulen oder Permanentmagneten und Bürsten besteht. In einem bürstenbehafteten Gleichstromlüftermotor wird das Magnetfeld des Rotors durch die Wirkung des Kommutators in dem vom Stator erzeugten Magnetfeld zu einem rotierenden Magnetfeld, das die Antriebskraft erzeugt. Die Drehzahl kann leicht durch Änderung der Stärke des Magnetfelds des Rotors variiert werden.

Bürstenlose DC-Lüftermotoren, die in den letzten Jahren immer häufiger eingesetzt werden, verwenden Dauermagnete im Rotor und einen Magnetfelderzeugungskreis im Stator, um die Drehzahl zu ändern. Sie werden immer häufiger eingesetzt, da sie einen höheren Wirkungsgrad haben und keine Wartung der Bürsten erforderlich ist.

2. Unterschiede zwischen Dc-Axiallüftern und AC-Axiallüftern

Der Unterschied zwischen Dc-Axiallüftern und AC-Axiallüftern liegt in der Energiequelle, die den Lüfter antreibt: Dc-Axiallüfter werden von einer Gleichstromquelle angetrieben, während AC-Axiallüfter von einer Wechselstromquelle angetrieben werden.

Dc-Axiallüfter können ihre Drehzahl je nach Motorschaltung variieren. AC-Axiallüfter hingegen haben eine konstante Drehzahl, die von der Frequenz der AC-Stromversorgung abhängt.

Was ist Leistungsmodule?

Ein Leistungsmodul ist ein Produkt, bei dem stromversorgungsbezogene Schaltungen durch die Kombination mehrerer Leistungshalbleiter in einem einzigen Modulgehäuse integriert sind.

Durch die Kombination der erforderlichen Funktionen in einem IC (integrierten Halbleiterschaltkreis) und die Optimierung des stromsparenden Designs können Leistungsmodule in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, z. B. in Industrieanlagen in Fabriken, großen Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen, Eisenbahnen und neuen Energiequellen. Der Markt für Leistungsmodule wächst weiter.

Der Markt für Leistungsmodule wächst nach wie vor schnell.

Anwendungen von Leistungsmodulen

Das bekannteste Beispiel für ein Leistungsmodul ist der Wechselrichter in Klimageräten, Kühlschränken und Waschmaschinen. Diese Wechselrichter können die Anzahl der Umdrehungen eines Motors durch Umwandlung seiner Frequenz steuern.

Durch die freie Änderung der Motordrehzahl können unnötige Bewegungen reduziert werden, was zur Energieeinsparung beiträgt. Im Gegensatz dazu können Klimaanlagen ohne Wechselrichter den Motor nur ein- und ausschalten, was zu wiederholten extremen Bewegungen wie dem An- und Ausschalten der Klimaanlage führt, was wiederum einen verschwenderischen Stromverbrauch zur Folge hat.

Wechselrichter werden zur Steuerung der Motordrehzahl verwendet und kommen auch in Elektrofahrzeugen wie HEVs und EVs zum Einsatz. Es ist wichtig, dass der Antrieb eines Fahrzeugs nicht nur ein- und ausgeschaltet ist, sondern auch den Leerlauf der Reifen erkennt und steuert.

Ohne diese Kontrolle rutscht das Fahrzeug durch. In verschneiten Gebieten muss die Leistung sicher und effizient auf die Reifen übertragen werden, und eine sehr feine Steuerung der Motorleistung ist wichtig und unverzichtbar, insbesondere bei EVs und HEVs.

Das Prinzip der Leistungsmodule

Leistungsmodule bestehen aus einer Reihe von Leistungstransistoren, die für die Stromversorgungsanwendung, für die sie benötigt werden, in einem IC optimiert sind, zusammen mit einem Bias-Drive-Schaltkreis, und sind zusammen mit den umgebenden Komponenten modularisiert, um die Spannungsfestigkeit, die Schaltgeschwindigkeit und die Effizienz im Leistungsbetrieb zu verbessern. Ein weiteres Merkmal dieses Produkts ist seine einfache Handhabung unter Berücksichtigung der Wärmeableitung von Gehäuse und Substrat.

Von den in Leistungsmodulen weit verbreiteten Leistungshalbleitern haben die Leistungstransistoren das breiteste Anwendungsspektrum und stehen derzeit im Mittelpunkt aktiver technologischer Entwicklung, vor allem durch die Halbleiter- und Materialhersteller. Bei den Leistungstransistoren gibt es mehrere Halbleiterbauelemente, darunter.

1. Bipolartransistoren

Bipolartransistoren haben eine einfache Struktur und können große Mengen an Leistung verarbeiten, haben aber den Nachteil einer langsamen Schaltgeschwindigkeit und eines hohen Stromverbrauchs und sind in letzter Zeit weniger zu einer Hauptstütze für Leistungsmodule geworden.

2. Leistungs-MOSFETs

Leistungs-MOSFETs (FETs: Feldeffekttransistoren) haben den Vorteil der schnellsten Schaltgeschwindigkeiten und des geringen Stromverbrauchs, haben aber auch den Nachteil, dass sie keine großen Strommengen verarbeiten können.

3. IGBTs

Die in den 1980er Jahren entwickelten bipolaren Transistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs) können große Stromstärken verarbeiten. Im Vergleich zu MOSFETs sind sie in der Lage, nicht viel größere Schaltvorgänge auszuführen als MOSFETs. Die Schaltungskonfiguration ist eine Kombination aus einem MOSFET und einem BJT (Bipolar Junction Transistor).

Weitere Informationen über Leistungsmodule

1. Trends bei Leistungsmodulen der nächsten Generation

SiC-MOSFETs sind in letzter Zeit als Bauelemente für Leistungsmodule der nächsten Generation in den Blickpunkt gerückt, da SiC-Substrate eine höhere Bandlückenenergie und eine höhere Durchbruchsspannung als Si-Substrate aufweisen, wodurch die Leistung von MOSFETs durch die Verwendung von SiC-Substraten erhöht werden kann.

IGBTs können auf Si-Substraten ebenfalls hohe Leistungen erbringen, aber die bipolare Struktur erschwert die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, so dass SiC-MOSFETs, bei denen es sich um schnell schaltende Hochleistungsbauelemente handelt, derzeit als erste Wahl für Leistungsmodule der nächsten Generation gelten.

Die Schwäche von SiC-Substraten in der Massenproduktion, die früher eine Schwäche von SiC-Substraten war, wird jetzt überwunden, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass Substrathersteller aufgrund technologischer Innovationen in der Lage sind, 6-Zoll-Substrate zu verarbeiten.

2. Leistungsmodule in Elektrofahrzeugen

Die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie in einem Elektroauto hängt mit der Ladezeit zusammen. Ziel ist es daher, die Ladezeit durch Hochgeschwindigkeitsladen zu verkürzen und die Effizienz des Antriebsstrangs zu verbessern, der dem Motor in einem Elektroauto entspricht. Um den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zu verbessern, ist nun eine weitere Erhöhung der Spannung von derzeit etwa 400 V auf beispielsweise 800 V erforderlich.

Um die Hochspannungsmotoren im Fahrzeug gut steuern zu können, muss der von der Wechselrichterschaltung erzeugte Wechselstrom mit hoher Geschwindigkeit geschaltet werden, wofür Leistungsgeräte und Leistungsmodule eingesetzt werden.

Was ist Taktpuffer?

Ein Taktpuffer ist ein IC, der dazu dient, die Verzögerungsdifferenz zwischen dem Takt, der mehrere Logikschaltungen in einem Leiterplattensystem erreicht, zu minimieren und das Timing anzupassen (zu synchronisieren).

Beim Betrieb mehrerer logischer Schaltungen ist es notwendig, die Schaltungen zu synchronisieren. Zur Steuerung des gesamten Systems wird ein Signal benötigt und das zu diesem Zweck verwendete periodische Signal mit einer bestimmten Frequenz ist ein Taktgeber (wie ein Metronom in der Musik).

Die Gruppe von Schaltkreisen, die mit dem Taktgeber zusammenarbeiten, wird als Synchronisationsschaltung bezeichnet. Der Taktgeber verzweigt sich im System und wird an eine Reihe von Logikschaltungen weitergegeben. Wenn dieser Takt jedoch nicht synchronisiert ist, ist ein Taktpuffer erforderlich, da eine Fehlfunktion der logischen Schaltungen dazu führen kann, dass das gesamte System nicht wie gewünscht funktioniert.

Anwendungen von Taktpuffern

Taktpuffer werden in einer Vielzahl von Anwendungen wie PCs, Kommunikationssystemen und Industrieanlagen eingesetzt.

Spezifische Anwendungen sind folgende:

• Digitale Logikschaltungen (CPUs, FPGAs, etc.)
• Datenwandler (Analog-Digital-Wandlung)
• Hochgeschwindigkeitsschnittstellen (USB, Serial-ATA, PCI-Express, etc.)
• Frequenzumwandlung in drahtlosen Systemen

Die CPU (Central Processing Unit), das Herzstück eines Personalcomputers, verwendet beispielsweise Taktsignale zur Synchronisierung der Schaltkreise (Steuereinheit, Recheneinheit, Register, Schnittstelle zu Speichergeräten, Schnittstelle zu Eingabe-/Ausgabegeräten), um deren Betrieb zu steuern. Das Taktsignal wird zur Synchronisierung der Schaltkreise verwendet.

Bei allen Anwendungen ist eine genauere Synchronisierung des Informations- und Datenaustauschs zwischen mehreren Schaltkreisen für einen stabilen Betrieb unerlässlich.

Funktionsweise des Taktpuffers

Taktpuffer werden je nach Schaltungstyp als ‚Nicht-PLL-Puffer‘ oder ‚PLL-Puffer‘ klassifiziert.

Der Hauptunterschied besteht darin, ob eine interne Phasenregelschleife (PLL) verwendet wird oder nicht. Die Merkmale der einzelnen Schaltungen sind wie folgt:

• Nicht-PLL-Puffer
  Das Eingangssignal wird ohne PLL verteilt, was zu einer geringeren Jitter-Verschlechterung (periodische Unschärfe) führt.
• PLL-Puffer
  Äußerst geringe Verzögerung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal.

Da der Taktpuffer mehrere Taktsignale ausgeben kann, kann eine Taktsignalquelle und ein Taktpuffer verwendet werden, um einen Takt zu erzeugen, der von mehreren Gruppen von Schaltkreisen verwendet werden kann, die mit einem Takt derselben Frequenz arbeiten.

Dies hat den Vorteil, dass die Bauteilkosten gesenkt und das Layout der Leiterplatte vereinfacht werden kann. Weitere Vorteile sind die Pegelumwandlung und die einfache Konfiguration für einige Produkte.

Auswahl eines geeigneten Taktpuffers

Wählen Sie das für das zu entwerfende System am besten geeignete Gerät aus, nachdem Sie das Datenblatt des Geräts auf die erforderlichen Eingangssignalspezifikationen, die Ausgangstaktfrequenz, die Anzahl der Signale, die Spannung, den Jitter, den Versatz, die Eingangs-/Ausgangsverzögerung, die Versorgungsspannung des Taktpuffers, die Außenabmessungen des Gehäuses, die Anzahl der Pins, den Stromverbrauch und die Kosten geprüft haben.

Im Idealfall sollten die Taktgeber, die an jede Gruppe von Schaltkreisen im System verteilt werden, zu 100 % der Zeit zum gleichen Zeitpunkt schalten, was in der Realität jedoch selten möglich ist. Es ist jedoch wichtig, einen Baustein mit hervorragenden Eigenschaften auszuwählen, um Fehlfunktionen der Schaltungen zu vermeiden.

Weitere Informationen zu Taktpuffern

Verwendung und Rolle von Taktpuffern

Um einen stabilen Takt zu erzeugen, der in einem System verwendet werden kann, sind eine Taktsignalquelle und ein Taktprodukt erforderlich, das diese ergänzt und in geeigneter Weise auf mehrere Gruppen von Schaltungen verteilt.

1. Taktsignalquelle
Resonatoren und Oszillatoren werden als Taktsignalquellen verwendet. Ein Resonator ist ein Pendel mit einer bestimmten Frequenz.

Sie arbeiten nicht unabhängig und können in die Kategorien Keramik, Quarz und SAW unterteilt werden. Ein Oszillator ist ein Produkt, das aus einer Schaltung, die das Pendel zum Schwingen bringt und die Schwingung aufrechterhält (Oszillatorschaltung), und einem Resonator in einem Gehäuse besteht. Es gibt Kristall-, SAW-, Silizium- und MEMS-Oszillatoren.

2. Uhrenprodukte
Eine Art von Taktprodukt, das die Taktsignalquelle ergänzt, ist ein Taktpuffer. Das Ausgangssignal des Oszillators wird in den Taktpuffer eingespeist. Die Aufgabe des Taktpuffers besteht darin, mehrere Taktsignale mit der gleichen Frequenz wie das Eingangssignal auszugeben.　

Andere Taktprodukte, die den Oszillator ergänzen, sind Taktgeneratoren (die mehrere Frequenzen erzeugen können), Jitter Cleaner (die die Jitter-Leistung verbessern) und HF-Synthesizer (die hohe Frequenzen ausgeben) und sollten vom Entwickler je nach den Systemanforderungen wie Spezifikationen und Kosten eingesetzt werden.