Was ist ein Leistungsschalter?
Ein Leistungsschalter ist ein Schaltelement (Gerät), das eine elektrische Verbindung zwischen Strom oder Masse und einer Last herstellt.
Es gibt zwei Haupttypen: IC-Typen, die aus elektronischen Schaltungen mit MOSFETs etc. auf Si-Substraten bestehen, und mechanische Kontaktschalter.
Der Begriff Leistungsschalter deckt ein breites Spektrum von Anwendungen ab, von mechanischen Lastschaltern mit einfachen Strukturen, aber einer großen Typenvielfalt, bis hin zu intelligenten Leistungsschaltern, die in Power-Management-ICs verwendet werden.
Anwendungen von Leistungsschaltern
In diesem Abschnitt werden die Anwendungen von mechanischen Lastschaltern behandelt.
Mechanische Schalter werden hauptsächlich in Schaltanwendungen eingesetzt, bei denen sie von Menschen betätigt werden. Insbesondere sind sie unverzichtbare Komponenten für die Bedienung von Alltags- und Industriemaschinen wie Werkzeugmaschinen, Industrieroboter, Haushaltsgeräte, Beleuchtungsanlagen, Automobile und Personal Computer.
Es gibt eine große Vielfalt an Schalterstrukturen, darunter Drucktaster, Kippschalter, Schiebeschalter, Wippschalter, Reedschalter, Drehschalter und Tastschalter. Kipp- und Drehschalter werden nicht nur zum Ein- und Ausschalten von Strom verwendet, sondern auch zum Schalten von Stromkreisen und Leistungsstufen. Taktile Schalter werden hauptsächlich bei PC-Tastaturen eingesetzt.
Funktionsweise von Leistungsschaltern
Das Grundprinzip eines Leistungsschalters besteht darin, die Kontaktstellen des Stromkreisanschlusses durch menschliche Betätigung, durch Ein- und Ausschalten von Transistoren wie MOSFETs bei ICs oder durch Schalten der Kontakte des Stromkreisanschlusses bei mechanischen Schaltern physikalisch zu schalten. Der Stromkreis wird durch die Bewegung der Elektrodenkontakte ein- oder ausgeschaltet, die sich mit den festen Kontakten berühren oder sich von ihnen entfernen.
Der Fachausdruck für Schalter ist Wurf (Throw) Pol (Pole). Ersteres bezieht sich auf die Anzahl der Steuerwege, die der Schalter steuern kann, während letzteres die Anzahl der Stromkreise bezeichnet, die der Schalter gleichzeitig steuern kann. Ein zweipoliger Schalter mit zwei Umdrehungen wird beispielsweise als DPDT-Schalter (Double Pole Double Throws) bezeichnet. Das einfachste Schalterformat ist der SPST-Schalter.
Bei Drucktastern ist es wichtig, zwischen offenen und geschlossenen zu unterscheiden. Der Unterschied besteht darin, ob der Schalter bei Betätigung geschlossen oder geöffnet ist.
Bei Leistungsschaltern ist besonders auf deren maximale Belastbarkeit zu achten. Da die Schalter einen, wenn auch geringen, Übergangswiderstand aufweisen, kann ein Strom, der den Nennwert im eingeschalteten Zustand übersteigt, durch die Wärmeentwicklung zum Schmelzen der Metallkontakte führen. Was die Spannung betrifft, so besteht die Gefahr, dass der Schalter durch Lichtbogenbildung beschädigt wird, wenn eine Überspannung anliegt, die die Stehspannung übersteigt, insbesondere im ausgeschalteten Zustand. Die zu berücksichtigenden Bedingungen hängen auch von den transienten Phänomenen unter den Stromkreislastbedingungen des Schalters und der Größe des verwendeten Schalters ab.
Strom und Spannung des Leistungsschalters werden in den Leistungsangaben für unterschiedliche Zwecke angegeben. Bei der Betrachtung der maximalen Nennwerte muss auch berücksichtigt werden, ob es sich um Gleichstrom oder Wechselstrom handelt und welche Lastbedingungen vorliegen.