Schutzbauelemente

Schützt Hochstromanwendungen im Auto gegen Übertemperatur

| Redakteur: Thomas Kuther

Der HCRTP-Baustein: schützt Hochstromanwendungen im Auto zuverlässig gegen Übertemperatur
Der HCRTP-Baustein: schützt Hochstromanwendungen im Auto zuverlässig gegen Übertemperatur (Bild: TE Connectivity)

Ein Schutzbaustein, der Stromkreise bei 210 °C unwiderruflich unterbricht, aber dennoch zuvor bei 260 °C gelötet werden kann, ohne zu öffnen? Der Trick: die Scharfschaltung nach dem Reflow-Löten.

Hochstromanwendungen in rauen Umgebungen wie unter der Motorhaube eines Autos haben es in sich. Wenn es beispielsweise darum geht, elektronische Systeme gegen Übertemperaturen zu schützen: Fallen z.B. Power-FETs, Kondensatoren oder andere Leistungsbauelemente aus und in den resistiven Modus, fließt zwar ein hoher Fehlerstrom, der jedoch noch zu niedrig ist, um die Schmelzsicherung auszulösen (Bild 1). In solchen Fällen kann es zu so extremen Erwärmungen kommen, dass Lötverbindungen der Elektronik schmelzen und unkontrollierte Kurzschlüsse aufgrund loser Leiter entstehen können.

Abhilfe schafft in solchen Fällen ein Schutzbaustein auf der Platine, der den Stromfluss etwa bei 210 °C permanent unterbricht. Der Nachteil: Da dieses Schutzbauelement bei 210 °C nicht-reversibel öffnet, lässt es sich nicht mit den gängigen SMD-Montagemethoden wie Pick-and-Place und anschließendem bleifreien Reflow-Lötprozess verarbeiten, was wiederum die Montage aufwendig macht.

Temperaturschutzbaustein wird nach dem Löten aktiviert

Ideal wäre also ein Schutzbauelemennt, das sich für Hochstromanwendungen eignet, mithilfe bleifreier Standard-SMD-Montage- und Reflow-Verfahren verarbeitet werden kann und später den Stromkreis dennoch zuverlässig bei 210 °C unterbricht.

Solche Schutzbauelmente gibt es tatsächlich. Sie basieren auf der RTP-Technologie (Reflowable Thermal Protection) von TE Circuit Protection, einem Geschäftsbereich für Schaltungsschutz von TE Connectivity, und werden erst nach dem Löten aktiviert. Das Jüngste Mitglied der RTP-Reihe ist der HCRTP-Baustein (High-Current Reflowable Thermal Protection) mit der Modell-Nr. RTP200HR010SA (Bild 2). Er ist oberflächenmontierbar und wurde speziell für den Schutz von Hochleistungs- und Hochstromanwendungen im Automobil wie ABS-Module, Glühkerzen und Motorkühlgebläse abgestimmt und kann Halteströmen von bis zu 90 A bei Raumtemperatur (23 ºC) und 45 A bei 140 ºC widerstehen und erfüllt den strengen AECQ-Automobilstandard einschließlich des AECQ-Schwingungstests.

Der Trick ist im Innern des Bausteins verborgen

Wie aber funktioniert die RTP-Technologie genau? Bild 3 zeigt den Aufbau, die Röntgenaufnahmen in den Bildern 4 bis 6 einen Blick ins Innere des Bausteins. In Bild 4 ist der HCRTP-Baustein vor der Montage zu sehen. In der Mitte befindet sich ein Kontakt, der die beiden Arbeitskontakte des Bausteins verbindet. Er ist mit einem Lot befestigt, das bei 210 °C schmilzt. Löst sich die Lötverbindung, würde die Zugfeder den Gleitkontakt nach rechts ziehen und so den Stromfluss zwischen den Arbeitskontakten unterbrechen – wäre da nicht die Federrückhaltung, die am Aktivierungsanschluss auf der linken Gehäuseseite befestigt ist.

In diesem Zustand, kann der Baustein mit Temperaturen jenseits der Auslösetemperatur von 210 °C verarbeitet werden, das die Federrückhaltung den Gleitkontakt auch bei schmelzendem Lot in Position hält. Nach der Montage kann der Baustein nach dem Abkühlen des Lots aktiviert werden. Dazu wird über den Aktivierungsanschluss ein Strom geleitet, der die Federrückhaltung durchbrennen lässt (Bild 5). Nun ist der HCRTP-Baustein aktiv und löst bei 201 °C aus: Das Lot schmilzt und die Zugfeder unterbricht den Stromfluss, indem sie den Gleitkontakt nach rechts zieht (Bild 6).

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