Schutzschaltungen bilden die Grundlage für den stabilen Betrieb elektronischer Geräte. Stellen Sie sich eine sorgfältig entworfene Leiterplatte vor, die durch ein unerwartetes Überstromereignis unbrauchbar gemacht wird – was nicht nur zum Verlust der Hardware, sondern auch zur Verschwendung wertvoller Zeit führt. Während herkömmliche Sicherungen Schutz bieten, müssen sie nach der Aktivierung ausgetauscht werden, was sowohl Zeit als auch Aufwand kostet. Gibt es eine intelligentere, bequemere Lösung? Die Antwort liegt in den rückstellbaren PTC-Sicherungen – stille Wächter, die bei Überstromereignissen aktiv werden und sich danach automatisch zurücksetzen, um einen kontinuierlichen, stabilen Schaltungsbetrieb zu gewährleisten.

Rückstellbare PTC-Sicherungen (Positive Temperature Coefficient), wie der Name schon sagt, sind Bauelemente mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Das bedeutet, dass ihr Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt – eine entscheidende Eigenschaft, die ihre Überstromschutzfähigkeit ermöglicht.

Unter normalen Betriebsbedingungen weisen PTC-Sicherungen einen minimalen Widerstand auf, der die Schaltungsleistung kaum beeinträchtigt. Wenn jedoch ein Überstrom auftritt, erzeugt der erhöhte Stromfluss Wärme innerhalb des PTC-Bauelements. Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich der Widerstand des PTC rapide, wodurch der weitere Stromfluss begrenzt und andere Schaltungskomponenten geschützt werden. Dieser Vorgang wird üblicherweise als „Auslösen“ bezeichnet.

Noch wichtiger ist, dass sich die PTC-Sicherung allmählich abkühlt, wenn der Überstromzustand nachlässt, ihr Widerstand entsprechend abnimmt und sie in den Normalbetrieb zurückkehrt. Diese automatische Rücksetzfunktion macht einen Austausch überflüssig – ein erheblicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Einmal-Sicherungen.

Obwohl beide dem Überstromschutz dienen, unterscheiden sich rückstellbare PTC-Sicherungen erheblich von herkömmlichen Sicherungen in Bezug auf Leistung und Anwendung:

Die Auswahl der geeigneten PTC-Sicherung erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer kritischer Parameter:

• Anfangswiderstand (R _i ): Gemessen bei +23 °C, niedrigere Werte weisen auf eine bessere Effizienz hin.
• Ausgelöster Widerstand (R _TRIP ): Maximaler Widerstand nach dem Auslösen, gemessen bei +23 °C.
• Verlustleistung (P _D ): Stromverbrauch im ausgelösten Zustand bei +23 °C.
• Maximale Auslösezeit (t _TRIP ): Ansprechzeit von der Fehlerstromauslösung bis zum Hochwiderstandszustand.
• Haltestrom (I _HOLD ): Maximaler Dauerstrom ohne Auslösen bei angegebener Temperatur.
• Auslösestrom (I _TRIP ): Mindeststrom, der bei angegebener Temperatur ein Auslösen verursacht (typischerweise 1,5–2 × I _HOLD ).
• Maximale Spannung (V _MAX ): Höchste Spannung, der die Sicherung standhalten kann.
• Maximaler Strom (I _MAX ): Höchster Fehlerstrom, den die Sicherung verarbeiten kann.

Die thermische Reaktion von PTC-Sicherungen folgt einer nichtlinearen Kurve mit unterschiedlichen Phasen:

1. Normaler Betrieb: Widerstand und Temperatur halten das Gleichgewicht mit effektiver Wärmeableitung aufrecht.
2. Stromzunahme: Geringe Widerstandserhöhung, wobei der größte Teil der überschüssigen Wärme abgeleitet wird.
3. Überstrom: Die Wärme beginnt sich anzusammeln.
4. Auslösen: Das Gerät geht in den Hochwiderstandszustand über und begrenzt den Stromfluss (Wärmeerzeugung ∝ I²R).

Als thermisch aktivierte Komponenten werden PTC-Sicherungen erheblich von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Höhere Temperaturen reduzieren sowohl den Haltestrom (I _HOLD ) als auch den Auslösestrom (I _TRIP ) und verkürzen gleichzeitig die Auslösezeit. Im Allgemeinen gilt: I _TRIP ≈ 2 × I _HOLD .

Derating beinhaltet den Betrieb von Komponenten unterhalb ihrer maximalen Nennwerte. Bei PTC-Sicherungen erfordern höhere Umgebungstemperaturen eine Stromreduzierung. Entwickler müssen die Anwendungsumgebungen berücksichtigen – ob temperaturkontrollierte Serverräume oder freiliegende Dachpaneele – und die thermischen Derating-Kurven in den Datenblättern konsultieren.

Um die Vorteile von PTC-Sicherungen zu maximieren, sollten Sie folgende Faktoren berücksichtigen:

1. Betriebsspannung/Strom: Stellen Sie sicher, dass die Nennwerte die normalen Schaltungsbedingungen übersteigen.
2. Auslöse-/Halteströme: Passen Sie die Schutzanforderungen an.
3. Umgebungstemperatur: Berücksichtigen Sie die Betriebsumgebung.
4. Gehäusegröße: Passen Sie die PCB-Layout-Einschränkungen an.
5. Zertifizierungen: Überprüfen Sie die Einhaltung der Sicherheitsstandards.

Rückstellbare PTC-Sicherungen finden weite Verbreitung in:

• Computern/Peripheriegeräten (USB-Anschlüsse, Festplatten, Motherboards)
• Unterhaltungselektronik (Smartphones, Tablets, Kameras)
• Industriesteuerungen (Netzteile, Motorantriebe, Sensoren)
• Automobilelektronik (Ladegeräte, Batteriemanagement, Steuergeräte)
• Medizinische Geräte (Monitore, Diagnosegeräte)

Der PTC-Betrieb basiert auf dem Verhalten von Materialpartikeln. Normalerweise fließt Strom leicht durch leitfähige Materialien. Wenn der Strom jedoch zunimmt, erhitzen sich die leitfähigen Partikel und erfahren interne Zusammensetzungsänderungen, die die Stromleitung begrenzen. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis der Strom abnimmt und das Material abkühlt und zu seiner ursprünglichen Zusammensetzung zurückkehrt.