Im Automotive-Bereich ist der Leistungselektronikmarkt in den letzten Jahren in Hinsicht auf mehr Fahrkomfort und aktive Sicherheitsfunktionen stetig gewachsen. Ehemals mechanische Funktionen werden zunehmend auf elektronische Anwendungen verlegt, was die Anforderungen an die leistungselektronischen Systeme erhöht. Parallel dazu entwickeln sich die zwischenmenschlichen Kommunikationstrends hin zu konstanter Konnektivität immer weiter. Leistungsstärkere Systeme und dichtere Leiterplatten führen zur Verdichtung von IT-Serverfarmen und Telekom-Zentren auf der ganzen Welt. Was die Sicherheit und Zuverlässigkeit unter diesen Umständen betrifft, ist nun ein robusteres und zuverlässigeres Wärmemanagement als bisher vonnöten.

David Martin, Vice President und General Manager, TE Connectivity: "Im Laufe von mehr als 30 Jahren ist TE Circuit Protection zu einem führenden Unternehmen im Batterieschutzsektor geworden."

David Martin, Vice President und General Manager, TE Connectivity: „Im Laufe von mehr als 30 Jahren ist TE Circuit Protection zu einem führenden Unternehmen im Batterieschutzsektor geworden.“TE Connectivity

Im Consumer-Bereich führte der Fokus auf immer kleinere, multifunktionalere Designs zu einem Anstieg der Platinendichte und der Nachfrage nach Komponenten, mit denen sich Energie sparen und das Wärmemanagement verbessern lassen. Für Schaltungsschutz-Hersteller bedeutet das, dass die nächste Generation ihrer Bauelemente nicht nur kleiner sein, sondern auch mehr Funktionen unterstützen und den Leistungsverbrauch senken muss.

Lithium-Ionen-Batterien im Aufwind

In diesen und weiteren modernen Marktsegmenten breiten sich nun Batterieanwendungen auf Lithium-Ionen-Basis (Li-Ion-Batterien), die leistungsstärker, leichter und weniger umweltbelastend als Nickel-Cadmiu-Batterien (NiCd-Batterien) sind. Sie unterliegen allerdings strengeren Sicherheitsauflagen. Neue Sicherheitsnormen für Li-Ion-Batteriekonzepte in High-Power-Anwendungen erfordern daher die Entwicklung neuer, eigener Schutzfunktionen.

Sicherheit und Zuverlässigkeit elektronischer Geräte verbessern

Der anhaltende Miniaturisierungstrend bei tragbaren Geräten verlangt nach modernen Lösungen für die zunehmende Platinendichte. Ein Konzept, das zurzeit von TE Circuit Protection weiter untersucht wird, ist die Verlagerung einiger Schaltungsschutzbausteine weg von der Leiterplatte hin zu den Verbindungsbauteilen.

Neben kleineren und dichter gepackten Gehäusen bringen auch die schnelleren digitalen Verbindungen Herausforderungen bezüglich des ESD-Schutzes mit sich. TE Circuit Protection arbeitet an modernen ESD-Schutzlösungen, die speziell auf die Bedürfnisse von Anwendungen mit miniaturisierten aber möglichst robusten Bausteinen eingehen.

Batteriebetriebene elektronische Geräte sicher und zuverlässig designen

Im Batteriemarkt stand das Hauptaugenmerk bisher auf Niederspannungs- und Schwachstromanwendungen, wie Handys oder Digitalkameras. Mit modernen Batterietechnologien und Zellen mit einer höheren Energiedichte entsteht jedoch die Nachfrage nach entsprechend robusten Schaltungsschutzlösungen.

Abbildung 1. Der MHP-Baustein verknüpft einen Bimetallschutz in paralleler Schaltung mit einem PPTC-Baustein und sorgt so für einen rücksetzbaren Überstrom- und Kurzschlussschutz. Mit dem geringen Widerstand des PPTC-Bausteins lässt sich die Lichtbogenbil

Abbildung 1. Der MHP-Baustein verknüpft einen Bimetallschutz in paralleler Schaltung mit einem PPTC-Baustein und sorgt so für einen rücksetzbaren Überstrom- und Kurzschlussschutz. Mit dem geringen Widerstand des PPTC-Bausteins lässt sich die LichtbogenbilTE Connectivity

Als Reaktion auf das wachsende Spektrum von Anwendungen, die Lithium-Ionen-Batterien für hohe Entladeströme enthalten, wie sie beispielsweise in Batteriepacks für Akkuwerkzeuge, E-Bikes und Notstromaggregate b vorkommen, hat TE Circuit Protection kürzlich den Metall-Hybrid-PPTC (MHP)-Baustein vorgestellt. Bei diesen Anwendungen besteht die Herausforderung darin, kosteneffektive Schaltungsschutzbausteine bei Nennspannungen ab 30 VDC und Halteströmen ab 30 A liefern zu können.

Effektiv vor Überströmen und Kurzschlüssen schützen

Der MHP-Baustein verknüpft einen Bimetallschutz in paralleler Schaltung mit einem PPTC-Baustein. Die Technologie ist rücksetzbar und hilft beim Schutz vor Überströmen und Kurzschlüssen, indem der niedrige Widerstand der PPTC-Komponente zur Lichtbogenvermeidung im Bimetallschutz bei höheren Stromwerten (Abbildung 1) beiträgt.

Abbildung 2. In einem reaktionslangsamen thermischen Instabilitätszustand verfolgt der RTP-200-Baustein die Temperatur des Leistungs-FETs

Abbildung 2. In einem reaktionslangsamen thermischen Instabilitätszustand verfolgt der RTP-200-Baustein die Temperatur des Leistungs-FETsTE Connectivity

Ein weiteres Beispiel ist der reflowlötbare thermische Schutzbaustein RTP (Reflowable Thermal Protection). Dieser sekundäre Schutzbaustein, zusammen mit OEM-Kunden im Kfz- und Leistungselektronikbereich entwickelt, folgt der Forderung nach einem robusten thermischen Schutz in Kfz- und industriellen Elektroniksystemen. Hier geht es insbesondere um schwerwiegende thermische Probleme mit Leistungskomponenten wie PowerFETs, Kondensatoren, Widerständen oder ICs, die aufgrund harter Umgebungsbedingungen versagen.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, verfolgt der RTP-Baustein die FET-Temperatur, wenn er in nächster Nähe angebracht ist. Übersteigt der FET dabei seine normale Betriebstemperaturgrenze und erzeugt einen Übertemperaturzustand, kommt der RTP zum Zuge, in dem er den Stromzufluss öffnet.

Fazit

TE Circuit Protection liefert nach eigenen Aussagen in Zusammenarbeit mit seinen Kunden individuelle Produkte zur Entwicklung aufkommender Technologien sowie kosteneffektive Lösungen für bereits bestehende Technologien. „Im Laufe von mehr als 30 Jahren ist TE Circuit Protection zu einem führenden Unternehmen im Batterieschutzsektor geworden und hat sich den Respekt von weltweit führenden Herstellern in der Verbraucherelektronikbranche verdient“, blickt David Martin, Vice President und General Manager, TE Circuit Protection, zurück. „Wir haben auch Lösungen mit Telekom-, Kfz- und Geräteherstellern mitentwickelt und zusammen an Konzepten gearbeitet, die diesen einzigartigen Branchenanforderungen gerecht werden.“ Martin betont: „Dank zukunftsorientierter Forschung und moderner Materialwissenschaften konnten wir das Leistungsniveau ausbauen, neue, kleinere und praktischere Pakete entwickeln und die Reichweite der Schaltungsschutztechnologie durch die Integration von Polymermaterialien in herkömmliche Produkte wie Metalloxidvaristoren und Zenerdioden vorantreiben, um einen koordinierten Überstrom-/Überspannungsschutz anbieten zu können. Zu unserer Wachstumsstrategie gehören eine frühe Zusammenarbeit mit unseren Kunden und anderen Geschäftsbereichen von TE-Connectivity, um organisationsübergreifende und globale Synergien zu schaffen. Unsere Beteiligung an der Entwicklung von Sicherheitsnormen in diversen Branchen verschafft uns überdies die Einsicht und Vision, die Entwickler von ihren Technologiepartnern verlangen, wenn es um ihre Problemlösungen geht.“