Im Unterschied zu Sicherungswiderständen bieten Schmelzsicherungen sowohl bei Fehlerströmen im Überlastbereich als auch im Kurzschlussbereich den notwendigen Schutz vor Folgeschäden durch einen Defekt der Elektronik.
Sicherungen mit träger Ansprechcharakteristik reagieren auch im Bereich relativ geringer Überlast in einem definierten und engeren Zeitbereich als Sicherungswiderstände. Sie sind in Konstruktion und Funktion auf ein sicheres Unterbrechen des Fehlerstromes ausgelegt. Ein weiterer Grund für den Einsatz von Sicherungen ist ihre Fähigkeit, hohe Ströme auch bei Nennspannung def. auszuschalten und dabei einen hohen Isolationswiderstand nach der Trennung sicherzustellen. Nachteilig ist, dass ihr Widerstand standardgemäß aber sehr gering ist und oft mit einem hohem Temperaturkoeffizienten (TK) behaftet ist. Die Ausrichtung ihrer Funktion auf ein bestimmtes Kennlinienverhalten lässt dabei in der Regel hohe Widerstandsstreuungen zu (+- 15% Exemplarstreuung sind üblich).
Die Notlösung der Praxis
Um die bedeutenden Funktionen beider Bauteile wie def. Kurzschluss- und Überlastschutz sowie Strombegrenzung mit geringem TK in einer R, C-Kombination abzubilden, werden vereinzelt beide Bauelemente kombiniert. Eine teure und wg. der strombegrenzenden Wirkung des Widerstands sehr zweifelhafte Lösung.
Die innovative Lösung – die Sicherungs-Widerstand-Kombination (SWK)
Mit der Kombination der wesentlichen Eigenschaften von Widerstand und Sicherung auf einem SMD-Chip wurden Bauteile entwickelt, die im Normalbetrieb wie ein Widerstand wirken und im Fehlerfall wie eine Sicherung reagieren. Abgrenzung der dominanten Eigenschaften wie Widerstand, max. Verlustleistung und TK auf der einen und Kennlinie, Schaltvermögen und Pulsfestigkeit auf der anderen Seite sind die herausragenden Merkmale der SWK. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Eigenschaften der jeweiligen Bauteilfunktion auf einen Blick.
Die Sicherungseigenschaften des SWK:
- strombezogene Kennlinie der Abschaltzeiten
- Teilbereichskennlinie bis weit in den Überlastbereich hinein definiert
- geringe Eigenerwärmung des Bauteils im Fehlerfall
- hohes Ausschaltvermögen bei angegebener Nennspannung
- hoher Isolationswiderstand nach dem Abschalten des Fehlerfalls
Die Widerstandseigenschaften des SWK:
- großer Widerstandsbereich von mΩ bis Ω
- Widerstandstoleranz von ±10 %
- kleiner Temperaturkoeffizient
- große Langzeitstabilität bei hoher Belastbarkeit
- hohe Pulsfestigkeit
Die folgenden Kennlinien vergleichen die Kennlinie eines SWK-Bauteils mit denen handelsüblicher Sicherungswiderstände. Die grüne Kennlinie einer SWK bietet – im Gegensatz zu herkömmlichen Sicherungswiderständen – einen Vollbereichsschutz (soweit das bei Schmelzsicherungen möglich ist; siehe auch den Beitrag „Risikobericht“). Ansonsten ist die Darstellung wohl selbsterklärend, so dass die deutlichen Vorteile hinsichtlich der Gerätesicherheit nicht näher erläutert werden müssen.
Die „Bauteilkombinationen“ des SWK-Konzeptes wurden auf SMD-Chips der kleinsten Größe von 2510 realisiert und getestet. Kleinere Größen und leiterbahnintegrierte Lösungen wurden angedacht aber nicht weiterverfolgt. Leider, denn bei allen Problemen von Schmelzsicherungen (siehe den Risikobericht auf dieser Seite) bietet die SWK-Lösung erheblich mehr Sicherheit als Sicherungswiderstände.