Schaltungsschutz

Thermische Probleme bei Ausfall von Leistungskomponenten im Auto vermeiden

| Autor / Redakteur: Faraz Hasan * / Thomas Kuther

RTP-Schutzbausteine: mit ihnen lassen sich thermische Instabilitätszustände verhindern, die durch mehrere Faktoren hervorgerufen werden können
RTP-Schutzbausteine: mit ihnen lassen sich thermische Instabilitätszustände verhindern, die durch mehrere Faktoren hervorgerufen werden können (Bild: TE Connectivity)

Der Ausfall von Leistungskomponenten im Auto kann zu ernsten thermischen Problemen führen. Wir verraten Ihnen, wie sich solche Gefahren mit RTP-Schutzbausteine bannen lassen.

Bauelementehersteller sind unermüdlich bestrebt, auf aktuelle Branchenentwicklungen einzugehen und gleichzeitig die zunehmende Anzahl und Dichte von Elektronikkomponenten in so gut wie allen Anwendungen und Märkten zu berücksichtigen. Der folgende Beitrag beschreibt, zu welchem neuen Lösungsansatz der Bereich Schaltungsschutz von TE Connectivity angesichts aktueller Trends im Kfz-Leistungselektronikmarkt gekommen ist.

Lösungsansätze für neue Trends in der Kfz-Leistungselektronik

Der Markt für Leistungselektronik im Automotive-Bereich ist in den letzten Jahren rasant gewachsen. Fahrkomfort und aktive Sicherheitsfunktionen spielen eine immer größere Rolle. Manche ehemals mechanische Funktionen wie Servolenkung und elektronische Parksysteme werden auf elektronische Anwendungen verlegt.

Markttrends stellen hohe Anforderungen an die Leistungselektronik

Parallel dazu entwickeln sich auch die Kommunikationsanforderungen unseres Zeitalters immer weiter. Der Wunsch nach konstanter Konnektivität hat neben immer leistungsstärkeren Systemen und dichteren Leiterplatten auch zu einer Verdichtung der IT-Serverfarmen und Telekom-Zentren auf der ganzen Welt geführt. Diese Markttrends stellen hohe Anforderungen an die Leistungselektronik. Denn versagen Bausteine wie Leistungs-FETs, Kondensatoren, Widerstände oder ICs aufgrund rauer Umgebungsbedingungen, kann das zu ernsten thermischen Problemen führen. Dies gilt auch für den industriellen Sektor, der sich global weiter ausdehnt.

Besonders robuste thermischer Schutzbausteine

Als Antwort auf diese Trends bietet TE Circuit Protection den RTP-Schutzbaustein RTP200R060SA (Reflowable Thermal Protection). Diese sekundäre Schutzvorrichtung wurde in Zusammenarbeit mit Kfz-Leistungselektronikern entwickelt und beantwortet die Nachfrage nach einem robusteren thermischen Schutzbaustein für die Automobilelektronik. Er eignet sich außerdem für leistungselektronische Anwendungen in der Telekommunikation und High-End-Testanlagen.

RTP-Bausteine können thermische Instabilitätszustände verhindern

Mit diesem Baustein, bislang der erste seiner Art, lassen sich thermische Instabilitätszustände verhindern, die durch mehrere Faktoren hervorgerufen werden können, u.a. dem Versagen der Leistungskomponente oder korrosionsbedingtes Erhitzen. Der RTP ist ein SMD-Baustein, der sich bei 200 °C öffnet – ein Wert über den normalen Betriebstemperaturen, aber unterhalb der Aufschmelztemperaturen von bleifreien Lötmitteln.

Leistungs-FETs im Auto sind anfällig für Ermüdung und Ausfälle

Leistungs-FETs in automobilen Anwendungen sind nachweislich anfälliger für Ermüdung und Ausfälle als Bausteine, die in weniger anspruchsvollen Anwendungen Verwendung finden. Auch wenn ein Leistungs-FET die anfänglichen Tests besteht, ist bekannt, dass Schwachstellen unter bestimmten Umständen zu Ausfällen führen können. Auch in Situationen, wo Leistungs-FETs innerhalb der angegebenen Betriebsbedingungen funktionieren, sind schon zufällige, unvorhersehbare Kurzschlüsse bei unterschiedlichen Widerstandswerten aufgetreten.

Was schon 10 Watt bewirken können

Diese Ausfälle betreffen nicht nur die Leistungs-FETs, sondern auch die Leiterplatte selbst. Schon 10 W können zu einem örtlich begrenzten Hot Spot von mehr als 180 °C führen, ein Wert, der weit über der Glasübergangstemperatur der Leiterplatte von 135 °C liegt, die Epoxidstruktur der Platte beschädigen und zu Überhitzung führen kann.

Bild 1: Ausfall eines Leistungs-FETs, der zu Übertemperaturzuständen führen kann
Bild 1: Ausfall eines Leistungs-FETs, der zu Übertemperaturzuständen führen kann (Bild: TE Connectivity)

Bild 1 zeigt eine Situation, in der ein ausgefallener Leistungs-FET nicht zu einem Kurzschluss-Überstromzustand führt, sondern zu einem resistiven Kurzschluss, wodurch potenziell unsichere Temperaturzustände (aufgrund I2R-Erhitzung) entstehen können. In diesem Fall ist der entstehende Strom ggf. nicht stark genug, um eine Standardsicherung auszulösen und die thermische Instabilität der Leiterplatte zu stoppen.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 35098170 / Schaltungsschutz)