Bild 2: IPP-Spezifikation des Thyristors vom Typ TN5015H-6I

Bild 2: IPP-Spezifikation des Thyristors vom Typ TN5015H-6I ST Microelectronics

Um diesen hohen Strom zu verkraften, weist der Thyristor eine sehr hohe Überstrombeständigkeit auf. Hierfür gibt es den eigens spezifizierten Parameter IPP, der im Fall des TN5015H-6I 1500 A beträgt (bei einem Stromimpuls der Form 8/20 µs). Sobald der Überstrom null ist, schaltet der selbsthaltende Thyristor automatisch ab.

Bild 2 verdeutlicht die IPP-Überstromfestigkeit des SCR TN5015H-6I. Die links gezeigte Wellenform (8/20 µs) durchfließt den Prüfling TN5015H-6I. Der maximale Gatestrom beträgt hier 350 mA (vergrößerte Darstellung des Triggerpunkts des Thyristors im rechten Bild), und die maximale nicht wiederholende Stromanstiegsrate (dI/dt)OC ist mit 250 A/µs angegeben. Der Baustein hält der Strombelastung ohne jedes Risiko stand.

Bessere Standby-Effizienz

Zu den Vorzügen einer solchen Lösung gehören die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems, das somit die erforderliche Lebensdauer erreichen kann. Darüber hinaus verbessert die Lösung die allgemeine Standby-Effizienz des Systems und die Genauigkeit des Schutzes.

Der Sicherheitsgewinn wurde bereits demonstriert. Sollte der MOV ausfallen und die Klemmspannung deshalb unnormal niedrig sein, besteht kein Risiko, dass der MOV durchbrennt, da der mit ihm in Reihe geschaltete Thyristor abgeschaltet ist und die Eingangsspannung absperrt, sodass kein Strom durch den MOV fließt. Kommt es zum nächsten Überspannungsereignis, wird der Thyristor von der Überspannung über die Transil-Diode getriggert, woraufhin die Schutzvorrichtung nur für eine Halbwelle (nämlich bis zum nächsten Nulldurchgang) eingeschaltet wird. Durch den MOV fließt also nur für wenige Millisekunden ein Strom, sodass ein Durchbrennen ausgeschlossen ist.

Hinsichtlich der Zuverlässigkeitssteigerung ist anzumerken, dass die Applikation nach wie vor funktionsfähig ist, wenn es zu einem Ausfall eines der drei Bauelemente mit der Folge einer Stromkreisunterbrechung oder eines Kurzschlusses kommt. Dementsprechend kann die Hauptfunktion, nämlich die Beleuchtung, die gestellte Lebensdauererwartung von 50.000 Stunden erfüllen.

Mit der Lösung kann die Applikation außerdem eine höhere Standby-Effizienz erreichen. Je größer die geforderte Überspannungsfestigkeit ist, umso mehr Leistung muss der MOV verkraften. Mit der Leistung des MOV nimmt jedoch auch dessen Leckstrom zu, was sich wiederum auf die Standby-Verluste des LED-Moduls auswirkt. Der typische Leckstrom eines MOV mit 14 mm und 391 V beträgt 1,6 µA bei einer RMS-Eingangsspannung von 320 V. Wie weiter oben erläutert, kann der Leckstrom bei zunehmender Alterung und mit der Anzahl der Überspannungsimpulse ansteigen. Mithilfe eines in Reihe geschalteten Thyristors lässt sich der Leckstrom des MOV bei ansonsten gleichen Bedingungen auf 0,1 µA begrenzen, was einer Reduzierung der Standby-Verluste um den Faktor 16 entspricht. Da es sich bei dem Thyristor um einen Festkörper-Baustein auf Siliziumbasis handelt, ist sein Leckstrom stabiler und besser vorhersagbar als der eines amorphen MOV.

Genaue Kontrolle der Spannung

Auch die Genauigkeit des Schutzes ist gut definiert, da die maximale Gleichspannung, die an die nachfolgende LED gelangt, gleich der Durchbruchspannung der Transil-Diode vor dem Triggern des Thyristors entspricht. Bei der Transil-Diode des Typs BZW04-376 von ST Microelectronics beträgt diese Spannung beispielsweise 603 V bei einem Strom von 0,8 A . Nach dem Triggern des Thyristors liegt an der folgenden Schaltung maximal die MOV-Klemmspannung in der Überstromsituation. In allen Fällen bleibt die genaue Kontrolle der Spannung erhalten, um jedes Beschädigungsrisiko auszuschließen – speziell für den Fall, dass die Spannung höher ist als die Nennspannung der MOSFETs im Schaltnetzteil (in Bild 1 mit VDC angegeben).

Seite 2 von 212