PCB-Sicherungen zum Schutz von Schaltkreisen: Ein vollständiger Leitfaden

In der modernen Elektronik ist der Schutz empfindlicher Bauteile von großer Bedeutung. Leiterplattensicherungen sind eine der effektivsten Lösungen zum Schutz von Schaltkreisen auf elektronischen Leiterplatten. Sie sind sehr kleine, aber wichtige Bauteile, die das Gerät vor Kurzschlüssen, Überstrom und Spannungsschwankungen schützen. Erfahren Sie, wie Leiterplattensicherungen funktionieren, welcher Typ Ihren Anforderungen entspricht und wie Sie die richtige Sicherung auswählen, um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit Ihrer Endprodukte zu verbessern.

In diesem Artikel erläutern wir, was eine PCB-Sicherung ist, wie sie funktioniert, welche Arten von PCB-Sicherungen es gibt und wie man die richtigen PCB-Sicherungen auswählt. Wenn Sie eine neue Leiterplatte erstellen oder eine bestehende neu gestalten möchten, bietet Ihnen dieser Artikel wichtige Einblicke.

Was ist eine PCB-Sicherung?

Eine PCB-Sicherung ist ein relativ kleines, aber äußerst wichtiges Bauteil zum Schutz von Schaltkreisen auf Leiterplatten. Sie besteht üblicherweise aus Metalldraht oder einem anderen metallischen Element, das schmilzt, wenn der Stromfluss seinen Höchstwert erreicht. Dadurch wird der Stromkreis geöffnet und der Stromfluss unterbrochen, wodurch Schäden an Membran und Decke verhindert werden.

PCB-Sicherungen unterscheiden sich von anderen Sicherungen hauptsächlich dadurch, dass sie meist kleine Einheiten sind, die direkt auf einer Leiterplatte montiert werden. Sie sind in verschiedenen Klassen erhältlich und verfügen je nach Einsatzzweck über unterschiedliche Kapazitäten.

Bedeutung von Sicherungen in der Elektronik

Sicherungen schützen elektronische Geräte vor verschiedenen Problemen, darunter auch gefährliche elektrische Probleme. Hier sind einige der wichtigsten Möglichkeiten, wie Sicherungen zur Sicherheit elektronischer Geräte beitragen:

Schutz vor Kurzschlüssen

Sicherungen sind besonders wichtig, da sie vor Kurzschlüssen im Gerät schützen. Ein Kurzschluss ist ein Zustand, bei dem eine unerwünschte Verbindung besteht, durch die Strom fließt und dadurch die Stromdichte erhöht wird. Dies kann zu übermäßiger Temperatur und zur Beschädigung von PC- und Laptop-Komponenten führen. Wenn eine Sicherung diesen hohen Stromfluss erkennt, löst sie aus oder schmilzt und unterbricht den Stromkreis, um mögliche Schäden zu vermeiden.

Stromstöße

Abnorme Spannungen können viele Ursachen haben, beispielsweise durch Blitzeinschläge oder schwankende Lastanforderungen. Diese Überspannungen sind oft gefährlich und können empfindliche Computergeräte zerstören. Sicherungen sind ein Vorteil, da sie den kontinuierlichen Stromfluss unterbrechen und so Geräte vor Zerstörung schützen.

ESD-Ereignisse (elektrostatische Entladung)

Elektrostatik kann in der Elektronik verheerende Folgen haben und die Bauteile erheblich beschädigen. Schutz vor solchen Ereignissen bieten Sicherungen, die bei einem Stromstoß den Stromkreis unterbrechen. Dies trägt zum Schutz der empfindlichen Bauteile vieler Geräte bei, da sie vor Schäden geschützt sind.

Einschaltströme

Beim Einschalten eines elektronischen Geräts tritt plötzlich ein hoher Stromstoß auf. Dieser kann die Bauteile beschädigen, wenn er nicht behoben wird. Sicherungen unterbrechen den Stromkreis, sobald der Wert den Standard-Einschaltstrom erreicht oder überschritten hat. So können die Geräte effizient und ohne Beschädigungsgefahr arbeiten.

Funktionsweise von PCB-Sicherungen

Leiterplattensicherungen unterbrechen den Stromfluss, sobald dieser den empfohlenen Grenzwert überschreitet. Es gibt zwei Haupttypen von Leiterplattensicherungen:

● Metallischer Sicherungseinsatz

PCB-Sicherungen funktionieren ähnlich wie metallische Sicherungseinsätze. Sie bestehen aus einem sehr dünnen Metalldraht, durch den unter normalen Umständen elektrischer Strom fließen kann. Übersteigt der Strom die Kapazität der Sicherung, schmilzt der Sicherungsdraht. Dadurch entsteht ein offener Stromkreis, der den Stromfluss sofort unterbricht und gleichzeitig andere Teile des Stromkreises vor der Zerstörung schützt.

● Polymer-PTC-Sicherung (Positiver Temperaturkoeffizient)

Polymer-PTC-Rücksetzsicherungen oder rücksetzbare Sicherungen bieten einen weiteren Vorteil. Im Gegensatz zu Metallsicherungen verfügen sie jedoch über Einstellungen, die ein Rücksetzen ermöglichen, sobald der Strom wieder den Normalwert erreicht. Steigt der Stromwert über den kritischen Wert, erhöht das Polymermaterial der Sicherung seinen Widerstand und stoppt den Stromfluss. Sobald die Wärme abgeführt wird, sinkt der Widerstand, sodass Strom durch die Sicherung fließt und die Wärme wiederhergestellt wird. Das macht rücksetzbare Sicherungen besonders nützlich für Schaltkreise, die häufig mit Überstrom zu rechnen haben, aber keine dauerhaften Schäden verursachen sollten.

Arten von PCB-Sicherungen

Heutzutage werden verschiedene Arten von USB-Sicherungen verwendet, die speziell für bestimmte Zwecke entwickelt wurden. Hier ist eine Übersicht über die gängigsten Typen:

1. Metallische Sicherungen

Metallsicherungen gehören zu den am häufigsten verwendeten Sicherungstypen auf Leiterplatten. Sie bestehen aus einem Metalldraht, der bei hohem Stromfluss schmilzt und den Stromkreis unterbricht. Dadurch wird der Stromkreis unterbrochen und Schäden an anderen Teilen des Stromkreises verhindert. Die Metallsicherung muss nach dem Durchbrennen ausgetauscht werden und ist daher nur einmal verwendbar.

2. Rückstellbare Polymer-PTC-Sicherungen

Rückstellbare Polymer-PTC-Sicherungen bieten einen einzigartigen Vorteil: Sie müssen sich nach dem Auslösen selbst in den Normalzustand zurückstellen können. Dazu gehören Sicherungen mit einem speziellen Polymermaterial, das den Widerstand mit steigender Temperatur erhöht. Im Falle eines Überstroms reguliert die Sicherung den Stromfluss und normalisiert sich wieder, sobald der Fehler behoben ist. Diese Funktion spart Wartungskosten, da Anwender die Sicherungen nicht ausbauen und austauschen müssen.

3. Oberflächenmontierte Sicherungen

Kompakte elektronische Geräte sind das Ziel von oberflächenmontierten Sicherungen. Diese Komponenten können daher direkt auf die Leiterplatte gelötet werden, was die physische Größe reduziert und das Layoutdesign auf der Platine verbessert. Diese Sicherungen sind in verschiedenen Nennwerten und Typen erhältlich und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen.

4. Träge Sicherungen

Träge Sicherungen reagieren auf einen vorübergehenden Stromanstieg und lösen nicht sofort aus. Sie verfügen über ein größeres Bauteil, das einen kurzen Stromstoß ausgleichen kann. Dies ist beispielsweise bei anlaufenden Motoren nützlich, die mehr Strom benötigen. Sie schützen empfindliche Geräte vor kurzzeitigen Überstromereignissen, sind aber dennoch tolerant gegenüber solchen.

5. Patronensicherungen

Patronensicherungen mit zylindrischer Form werden häufig in bestimmten Anwendungen eingesetzt und bestehen aus einem zylindrischen Gehäuse. Sie bieten zuverlässigen Schutz und sind in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich. Diese Sicherungen sind entweder flink, verschleißen schnell und lösen innerhalb kurzer Zeit aus, oder träge, die länger benötigen.

Hauptvorteile der Verwendung von PCB-Sicherungen

Leiterplattensicherungen bieten mehrere wichtige Vorteile für den Schutz elektronischer Schaltungen und gewährleisten deren Langlebigkeit. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

● Schutz vor ÜberstromDer Hauptvorteil von PCB-Sicherungen liegt in ihrer Fähigkeit, Schaltkreise vor Überstrom zu schützen. Steigt der Strom über den zulässigen Wert, trennt die Sicherung den Schaltkreis nahezu augenblicklich, um Schäden zu vermeiden.

● Vermeidung von Schäden an empfindlichen BauteilenEinige elektronische Geräte und Schaltkreise reagieren stark auf hohe Ströme. Leiterplattensicherungen schützen diese Komponenten, indem sie den Stromfluss bei Bedarf unterbrechen. Dieser Schutz erhöht die Lebensdauer der verwendeten Geräte und gewährleistet deren einwandfreie Funktion.

● Kostengünstige Lösung für die SchaltkreissicherheitPCB-Sicherungen sind im Vergleich zu anderen Methoden zur Verbesserung der Schaltkreissicherheit vergleichsweise kostengünstig. Sie sind im Allgemeinen kostengünstig und lassen sich problemlos in Designs integrieren. Dadurch können sie die Kosten für Hersteller bei Reparaturen und Ersatz ihrer beschädigten Produkte senken.

● Minimierung von Ausfallzeiten und Wartung: Der Einsatz von PCB-Sicherungen ist wichtig, da sie dazu beitragen, Ausfallzeiten im elektronischen System zu minimieren. Wenn eine Sicherung durchbrennt, lässt sie sich einfach austauschen, und die Geräte können ohne größere Verzögerung wieder betriebsbereit sein. Diese Effizienz ist bei den meisten Anwendungen wichtig, die eine kürzere Zeitspanne zwischen Ausführung und Ausgabe erfordern.

● Verbesserte ZuverlässigkeitSicherungen spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung hinsichtlich der Zuverlässigkeit elektronischer Geräte. Sie schützen Geräte dauerhaft vor Störungen und gewährleisten langfristig den reibungslosen Betrieb der Geräte und damit das Vertrauen der Nutzer.

● Erhöhte SicherheitDie Integration von PCB-Sicherungen in Designs verbessert die Sicherheit aus Anwendersicht und aus Sicht des Geräteschutzes. Sicherungen schützen vor Hitze und möglichen Bränden infolge elektrischer Ausfälle und erhöhen so die Sicherheit am Arbeitsplatz.

● Vielseitigkeit in den Anwendungen: Visuelle PCB-Sicherungen sind in den meisten Bereichen einsetzbar und finden Anwendung in der Unterhaltungselektronik und im industriellen Bereich. Dadurch sind sie für verschiedene Situationen und Anforderungen anpassbar.

● Einfache Installation und Austausch: Die meisten gängigen PCB-Sicherungen müssen einfach direkt auf die Leiterplatte gelötet werden. Der Austausch einer Sicherung ist in den meisten Fällen einfach, was ihn für Hersteller attraktiver macht und dem Endverbraucher weitere Vorteile bietet.

Kennzeichnung und Identifizierung von PCB-Sicherungen

Die Kennzeichnung von Leiterplattensicherungen ist wichtig für die Auswahl der richtigen Sicherung für Ihre Anwendung. Jede Sicherung verfügt über bestimmte Zahlenwerte und Nummern, die ihre Grenzwerte definieren.

Sicherungsnennwerte und -kennzeichnungen verstehen

PCB-Sicherungen sind mit mehreren wichtigen Markierungen versehen:

● Amperebewertung: Dies gibt die Stromstärke an, die die Sicherung im besten Fall aushalten kann; sie darf diese nicht überschreiten. Eine typische Sicherung ist mit „F“ gekennzeichnet, und die Stromstärke, die die Sicherung sicher verarbeiten kann, wird später mit dem Buchstaben „F1A“ angegeben, für eine Sicherung, die nur 1 Ampere Strom verarbeiten kann.

● Spannungswert: Dies bedeutet, dass die maximale Spannung, die an die Sicherung angelegt werden kann, normalerweise bei etwa 250 Volt Wechselstrom liegt.

● Rating unterbrechen: Diese Angabe, auch als Ausschaltvermögen bezeichnet, gibt den maximalen Fehlerstrom an, den die Sicherung sicher unterbrechen kann.

● Packungsgrösse: Dies gibt Auskunft über die physikalische Größe der Sicherung; dies können Standardgrößen wie 0603 oder 1206 sein.

● Hersteller-ID: Sehr oft wird der Firmenname oder das Logo verwendet, wodurch wir die Quelle der Sicherung ermitteln können.

So interpretieren Sie Sicherungswerte

Achten Sie bei der Interpretation dieser Bewertungen auf Folgendes:

● Aktuelle Bewertung: Wählen Sie die Sicherung mit einer Amperezahl, die etwas über dem Dauerlaststrom Ihres Geräts liegt, da dies ein unbeabsichtigtes Auslösen verhindert.

● Spannungswert: Es ist auch wichtig zu überprüfen, ob die Nennspannung des Stromkreises größer oder gleich der Betriebsspannung des Stromkreises ist.

● Rating unterbrechen: Wählen Sie eine Sicherung, deren Unterbrechungsvermögen größer ist als die Größe des voraussichtlichen Fehlerstroms in der Schleife.

So wählen Sie die richtige PCB-Sicherung aus

Bei der Auswahl der geeigneten PCB-Sicherung müssen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden: Hier sind einige wichtige Faktoren, die bei der Auswahl einer Sicherung zu berücksichtigen sind:

Häufige Fehler, die Sie bei der Auswahl einer PCB-Sicherung vermeiden sollten

Die Wahl einer falschen Leiterplattensicherung kann zur Zerstörung von Schaltkreisen oder zum Ausfall von Geräten führen, was zu kostspieligen Reparaturen führen kann. Hier sind einige häufige Fehler, die Sie bei der Auswahl einer Leiterplattensicherung vermeiden sollten:

● Strom- und Spannungswerte ignorieren: Zu den häufigsten Fehlern gehört die falsche Wahl der Sicherung ohne Berücksichtigung ihrer Strom- und Spannungseigenschaften. Eine Sicherung mit geringerer Kapazität ist zu empfindlich, um effizient zu funktionieren, während eine Sicherung mit hoher Kapazität möglicherweise zu langsam ist, um Schutz zu bieten.

● Zeit-Strom-Eigenschaften übersehen: Es gibt verschiedene Sicherungstypen hinsichtlich ihrer Zeitstromstärke. Dies bedeutet, dass die verschiedenen Sicherungstypen bei Überlastung unterschiedlich reagieren. Wenn Sie nicht zwischen flinken und trägen Sicherungen unterscheiden, reagiert Ihre Sicherung bei Spannungsspitzen oder Kurzschlüssen möglicherweise nicht wie gewünscht.

● Vernachlässigung der Umweltbedingungen: Parameter wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit können die Funktion einer Sicherung beeinflussen. Die Vernachlässigung einer dieser Bedingungen kann zu einem Ausfall der Sicherung oder unzureichendem Schutz unter extremen Bedingungen führen.

Fazit

Die Auswahl einer der vielen verfügbaren PCB-Sicherungen ist unerlässlich, um Ihre Stromkreise vor möglicher Zerstörung zu schützen. Die Vernachlässigung von Nennwerten und Umweltfaktoren gehört zu den Fehlern, die Sie vermeiden sollten. Daher ist es wichtig, diese zu vermeiden, wenn Sie die Sicherheit und volle Funktionsfähigkeit Ihres Geräts gewährleisten möchten. Allgemeine Kenntnisse über Sicherungsnennwerte und -eigenschaften sowie ein Verständnis der Umgebungsbedingungen ermöglichen langfristig eine zufriedenstellende Wahl.