Was ist eine Chip-Sicherung?
Chip-Sicherungen sind eine Art von Chip-Bauteil, das auf einer Leiterplatte montiert ist.
Sie haben die Aufgabe, Unfälle durch Schmelzen zu verhindern, selbst wenn ein Überstrom fließt und aufgrund einer Fehlfunktion des Stromkreises Wärme erzeugt. Der Aufbau ist fast derselbe wie bei einem Chip-Widerstand, aber anstelle eines Widerstandselements wird ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt als Sicherungselement verwendet.
Anwendungen von Chip-Sicherungen
Chip-Sicherungen werden auf Platinen montiert. Beispiele für spezifische Anwendungen sind batteriebetriebene Kommunikationsgeräte wie Smartphones und Mobiltelefone, tragbare Audiogeräte und elektronische Schaltungen in Kameras und anderen fotografischen Geräten.
Sie sollen Unfälle im Falle von Überströmen aufgrund von Anomalien der Elemente auf der Leiterplatte verhindern. Wie normale Sicherungen sind sie jedoch nicht für die Verwendung in Stromkreisen vorgesehen, an die eine kommerzielle Stromversorgung angeschlossen ist.
Dies liegt daran, dass Chip-Sicherungen kleine Bauteilabmessungen haben, keinen ausreichenden Isolationsabstand bieten und keine großen Ströme übertragen können. Sie sind nur für den Schutz bestimmter Stromkreise und Platinen vorgesehen.
Funktionsweise der Chip-Sicherungen
Chip-Sicherungen bestehen aus einem ein- oder mehrschichtigen keramischen Substrat mit einem stromdurchflossenen Schmelzelement. Die Schmelzeinsätze bestehen aus Kupfer, Gold oder relativ gut leitenden Materialien wie Kupfer-Zinn- oder Silber-Palladium-Legierungen, weshalb der Widerstand der Sicherung gering ist.
Die Schmelzelemente werden auch aus lasergeschnittenen Dickschichtauflagen oder geätzten Metallschichten hergestellt, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen. Das bedeutet, dass die Form und Dicke des Schmelzelements so eingestellt ist, dass das Schmelzelement bei Überlast nach einer bestimmten Zeit schmilzt, wenn der durch die Chip-Sicherungen fließende Strom seine Nennleistung überschreitet.
Damit Chip-Sicherungen zuverlässig funktionieren, müssen die Schmelzeinsätze außerdem vor verschiedenen Umgebungsbedingungen geschützt werden. Mehrschichtige Chip-Sicherungen sind von einer keramischen Substratschicht umgeben, so dass das Sicherungselement keine spezielle Schutzschicht benötigt. Bei einschichtigen Chip-Sicherungen hingegen werden die Elemente in der Regel mit Lack oder Epoxid als Schutzschicht überzogen, um eine Veränderung ihrer Eigenschaften zu verhindern.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Sicherungen, wie z. B. schnelle Typen und einbruchssichere Typen, die bei Stromstößen nicht so leicht durchschmelzen und jeder Typ hat unterschiedliche Schmelzeigenschaften. Es ist wichtig, eine Sicherung mit den optimalen Schmelzcharakteristiken für den Stromkreis auszuwählen, in dem sie verwendet werden soll, da die Nichtberücksichtigung der Schmelzcharakteristiken dazu führen kann, dass die Sicherung auch im Normalbetrieb durchbrennt und gleichzeitig verhindert, dass der Schutz des Stromkreises in einem Notfall funktioniert.
Auswahl von Chip-Sicherungen
Die Auswahl von Sicherungen ist einfach, wenn der Strom, der durch den Stromkreis fließt, konstant ist. Im Falle eines Kurzschlusses oder eines anderen anormalen Zustands ist der Strom viel höher als normal, so dass es ausreicht, eine Sicherung zu wählen, die sofort auslöst, nachdem der Betriebsstrom des Stromkreises überschritten wurde. Für Stromkreise mit einem nahezu konstanten Stromfluss sollte daher ein Sicherungstyp gewählt werden, der als „schnell“ bezeichnet wird.
Der tatsächlich in einem Stromkreis fließende Strom ist jedoch in vielen Fällen nicht konstant, sondern variiert je nach den Betriebsbedingungen auf komplexe Weise. Wenn beispielsweise ein Kondensator mit einer großen Kapazität an den Stromversorgungskreis angeschlossen ist, fließt beim Einschalten der Stromversorgung ein Einschaltstrom, der um ein Vielfaches höher ist als der Dauerstrom. Es ist unvermeidlich, dass während des Anlaufs (vom Moment des Einschaltens bis zur Stabilisierung der Rotation) ein starker Strom fließt, zum Beispiel bei Motoren.
Solche Einschaltströme sind normal, aber je nach Auswahl der Sicherung kann der Einschaltstrom zum Auslösen der Schmelzsicherung führen. Andererseits ist es unerwünscht, den Nennstrom der Sicherung um eine Spanne zu hoch anzusetzen, da dies die Sicherheit verringert. In solchen Fällen besteht eine Gegenmaßnahme in der Verwendung von einschaltfesten Sicherungen, die die Eigenschaft haben, bei einer kurzen Dauer des Einschaltstroms nicht durchzubrennen.
1. Einschaltstrom
Es ist schwierig, die Beziehung zwischen dem Einschaltstrom in einem Stromkreis und dem Auslösen der Sicherung zu bestimmen und die Wellenform und die Dauer des Stroms sowie die Auslöseeigenschaften der Sicherung müssen sorgfältig berücksichtigt werden.
Die Sicherung muss auf der Grundlage der zeitlichen Veränderung der von der Sicherung erzeugten Wärme und der dafür geeigneten Schmelzcharakteristik ausgewählt werden. Die Hersteller von Sicherungen stellen zu diesem Zweck eine Reihe von Unterlagen zur Verfügung, deren Verwendung empfohlen wird.
2. Nennspannung
Sicherungen werden bei der Schaltungsauslegung wie Drähte behandelt, aber in der Praxis haben sie einen kleinen Widerstandswert, so dass ein gewisser Spannungsabfall unvermeidlich ist. Insbesondere da moderne elektronische Schaltungen niedrigere Betriebsspannungen haben, ist es notwendig, die Auswirkungen dieses Spannungsabfalls zu überprüfen.
Auch Sicherungen haben eine Nennspannung und müssen immer unterhalb dieser Spannung eingesetzt werden. Werden Chip-Sicherungen oberhalb ihrer Nennspannung eingesetzt, besteht die Gefahr, dass sie nach dem Schmelzen einen Lichtbogen schlagen und dadurch wieder leiten.
3. Nennstrom und Derating
Derating ist eine Überlegung in Bezug auf den Nennstrom. Bei Sicherungen gibt es zwei Arten des Deratings: Zum einen das allgemeine Derating, bei dem die Sicherung so ausgewählt wird, dass der Dauerstrom des Stromkreises weniger als 70 % des Nennstroms der Sicherung beträgt (dies variiert leicht zwischen den Sicherungsherstellern).
Das andere ist das Derating gegen die Temperatur. Das Derating muss der Umgebungstemperatur der Platine entsprechen, auf der die Sicherung montiert ist. Die Höhe des Deratings ist im Allgemeinen im Katalog oder Datenblatt des Sicherungsherstellers angegeben und sollte überprüft werden.
4. Andere
Wenn beispielsweise Glasrohrsicherungen aufgrund eines zu hohen Stroms durchbrennen, kann die Kontinuität wiederhergestellt werden, indem die Sicherung nach der Reparatur des defekten Teils ausgetauscht wird. Chip-Sicherungen hingegen sind grundsätzlich nicht für einen Austausch vorgesehen. Das heißt, wenn eine Chip-Sicherung durchbrennt, wird die gesamte Platine repariert und ersetzt, anstatt die Sicherung auszutauschen.
Es ist auch schwierig, visuell zu überprüfen, ob eine Chip-Sicherung durchgebrannt ist oder nicht. Es ist zwar möglich, eine durchgebrannte Sicherung mit einem Prüfgerät oder ähnlichem elektrisch zu bestätigen, aber es ist nicht möglich, dies anhand des äußeren Erscheinungsbildes zu beurteilen, wie es bei Glasröhrensicherungen der Fall ist.