LM 317 als "elektronischen PTC"?

Hallo,

ich möchte eine Schaltung mit einem LM 317 in Form eines "elektronischen PTC" dauerhaft kurzschlussfest machen.

Der LM 317 ist also als Stromquelle geschaltet, z.B. 500 mA. Sobald dieser Strom überschritten wird und der LM 317 sperrt, erhitzt er sich durch die verbratene Leistung so sehr, dass der Strom durch den Übertemperaturschutz weitgehend abgeschaltet wird, bis der Kurzschluss behoben ist und sich der LM 317 wieder abkühlt.

Ich habe das aufgebaut, damit herumexperimentiert und es funktioniert zufriedenstellend. Ich bin mir aber unsicher, ob ich die Schaltung wirklich einsetzen soll - es wird heiss und damit habe ich keine Erfahrung. Der aufrecht stehende LM 317 hätte etwa jeweils 1 cm Abstand zum nächsten Elko und zum Gehäuse, sowie 2 cm bis zum Deckel - geht mir da auch nichts kaputt? Das Gerät soll dauerhaft kurzschlussfest sein!

Weiß jemand wie heiss der LM 317 bei aktivem Übertemperaturschutz wird? Ich finde im Datenblatt dazu keinen Wert - wahrscheinlich Tomaten auf den Augen. Ich möchte aber gerne ausrechnen, wie viel Watt an Wärmeleistung mir der LM 317 dann liefert, damit ich die Auswirkung auf die Umgebung abschätzen kann. Das T-Package TO 220 ist ohne Kühlkörper mit 50 °C/ W angegeben - wenn ich so von 120 °C ausgehe (das wird aber schon arg eng für die Halbleiter) lande ich bei 2 W, das müsste schon merklich heizen. :o(

Ist dieser Übertemperaturschutz überhaupt zuverlässig genug für so eine Anwendung? Schliesslich ist der LM 317 als Spannungsregler und nicht als PTC konzipiert - was meint ihr?

Im Normalbetrieb ohne Begrenzung liegt die Spannung zwischen Eingang und Ausgang so zwischen 0,8 V und 1 V - nach Innenschaltung passt das ganz gut zum Ausgangs-Darlington.

1 V * 0,5 A = 0,5 W * 50 °C/ W= 25 °C maximale Temperaturerhöhung, im Normalbetrieb ist der LM 317 also bis 75 °C warm (großzügige 50 °C Umgebungstemperatur vorausgesetzt - der Sommer kommt ;o). Man merkt das auch - bei der ersten Berührung fühlt sich das Ding ziemlich heiß an, kühlt dann aber schnell auf angenehm warm ab (Wärmeableitung durch den Finger). Also das mit den 0,5 W könnte ganz gut hin kommen und damit könnte man die Schaltung ruhig einsetzen und muss sich nicht um einen Low-Drop-Typen kümmern. Nur was ist mit der Lebensdauer - ich hoffe, Spannungsregler können so etwas besser ab als Prozessoren, die wären bei 70 °C nämlich nach 3 Jahren hin.

Mit Bitte um Kommentare und

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts
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Edzard Egberts wrote: [...]>

Ich tendiere eher dazu, diese Schaltung nicht so zu verwenden. Nimm einem OpAmp und als Temperatursensor eine 1N4148, und schalte die Leistung, im einfachsten Falle mittels eines Relais. Oder verwende anstelle des Relais einen Regler mit Schalteingang.

Robert

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R.Freitag

Edzard Egberts schrieb:

Da hast du nichts neues erfunden, steht sogar in manchen Datenblättern.

ca. 150°C Dietemperatur, steht aber AFAIR in keinem der Herstellerdatenblätter.

Keine Tomatenernte in Sicht, s.o.

Die 2W kommen schon hin, kannst du aber senken, zieh dem LM317 einfach einen Pulli^W^W^W^W^WSchrumpfschlauch an, muss halt hitzebeständig sein.

Die Lebensdauer wird bei so hohen Temperaturen natürlich sinken, aber musst denn mit längerem/häufigen Kurzschluss rechnen?

Für ein Serienprodukt würde ich das nicht verwenden, in Chinaware würde es mich aber nicht überraschen.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Hallo Dieter,

schön heftig - wo ist denn da die Begrenzung? ;o)

Das tritt bei der Anwendung oft genug auf, um mich zu ärgern (Anrufe wegen Gerät wird heiss und sogar gegrillte Printtrafos - wenn die Sicherung durchbrennt, wird ja üblicherweise erst einmal eine größere eingesetzt). Und wenn so Sachen schon bei mir ankommen, muss ich davon ausgehen, dass es ein recht häufiges Problem ist.

Die Schaltung ist für einen NF-Verstärker und soll vor den Elkos sitzen (davor ist noch eine Siebung). Sinn der Sache ist, dass der NF-Verstärker (TDA 2030 mit symmetrischer Versorgung) sich schon einmal ein lautes POPP aus den Elkos saugen darf, aber eben keinen hohen Dauerstrom ziehen soll. Ausserdem schafft sie für klare Verhältnisse - nichts geht mehr. Beim "üblichen" Kurzschluss ohne Begrenzung kommt teilweise noch erstaunlich viel (verzerrte aber immerhin) Musik an, obwohl das Gerät am qualmen ist.

Mir gefällt es auch nicht, aber mir fällt keine bessere Lösung ein. Ich habe noch daran gedacht, den TDA 2030 durch einen Typen zu ersetzen, der von vorne herein nicht in der Lage ist, das Gerät zu überhitzen - irgend so ein 4 W-Typ mit Ausgangselko. Mir tut es da nur so um den Klang leid

- im Moment macht das Gerät nämlich wirklich richtig schön POPP und hört sich ganz sauber an. Im Gegensatz zur Relais-Abschaltung vom Robert hätte ich für Ausgangs-Elkos (stehend) noch genug Platz. Diese Lösung wird zwar nicht heiss, gefällt mir aber auch nicht. Alles Murks! :o( Einfach den Ton abdrehen bringt übrigens nichts - einen kleinen Offset wird man scheinbar nicht los und der reicht schon, dass die Verstärker anfangen zu saugen...

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts

Hallo Robert,

den Regler abzuschalten ist eine ganz gute Idee, vom Controller erkannt wird der Kurzschluss so schon. Das wird nur nervtötet eng, weil ich das einer bestehenden Leiterplatte hinzufügen muss und viel Platz ist da nicht mehr - die Regler kann man gerade noch unterbringen.

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb:

Nimm doch eine Polyswitch, die ist dafür gedacht.

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Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Hallo Dieter,

mach ich, das ist genau was ich brauche! Die scheinen ja relativ neu zu sein, kannte ich noch gar nicht. Bin begeistert! :o)

Danke,

Ed

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Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb:

Nicht so neu, gibts sogar bei Reichelt und Conrad (bei Letzterm von Bourns).

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Ganz so neu sind die dann doch nicht. Ob die Dinger nun Polyswitch, Polyfuse oder wie auch immer heißen, verwendet werden sie bei uns schon seit über fünf Jahren. Und aus Katalogen kenne ich sie noch viel länger.

Sie haben allerdings einen Nachteil, der den meisten Leuten entgeht, die "nur" Consumer-Elektronik entwickeln: Der Auslösestrom ist stark temperaturabhängig und ändert sich im industriellen Temperaturbereich (zwischen -40 und +85 Grad Celsius) um gut den Faktor zwei. Wobei das auch schon in Consumer-Geräten ärgerlich werden kann, wenn es im Gerät aufgrund schlechter Wärmeabfuhr recht heiß wird. Zudem muss man bei höheren Betriebstemperaturen aufpassen, dass, wenn so eine Sicherung angesprochen hat, diese auch einiges an Wärme abgibt und mit der Temperaturerhöhung eventuel die Platine schädigt (Thermographie rulez). Ist zwar nicht der normale Betriebsfall, sollte aber doch bedacht werden. Wie zum Beispiel im aktuellen Fall, wo so etwas eingebaut werden soll, eben weil immer wieder Kurzschlüsse auftreten.

Grüße,

Günther

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Günther Dietrich

Hallo Günther,

na gut, dann sind sie eben nur mir neu, bin in letzter Zeit sowieso fast nur noch am Programmieren...

Ich kann den Umgebungs-Temperaturbereich mit gutem Gewissen auf 10°C bis

60°C als Worst-Case eingrenzen. Und im Gerät wird sonst nichts heiss. Der Auslösestrom muss auch nicht so exakt sein, bis zur Nennleistung des Trafos habe ich noch fast den gleichen Strom als Reserve.

Maximal 125°C, das entspricht meiner Schaltung, aber die Leistung dahinter beträgt nur 0,5 Watt, damit ist diese Lösung etwa 4 mal besser. Max. 0,77 Ohm im Betriebszustand ist in der Verlustleistung ebenfalls wesentlich besser, statt (1+1,2) V * 0,5 A= 1,1 W sind es 0.77 * 0,5 A *

0,5 A= 0,2 Watt(5* besser). Insgesamt also 9 mal besser. :o)

Oder meinst Du, dass der PTC über die Anschlussbeine die Platine zu sehr aufheizt und mit der Zeit ankohlt? Halte ich so auf den ersten Blick für unwahrscheinlich.

Hast schon recht, aber ich denke, ich bin hier auf der sicheren Seite.

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts

Warum löst du nicht einfach das eigentliche Problem: im Gerät (wohl eine Art NF-Verstärker) wirds zu warm. Also einfach Temperatur "messen" und durch geeeignete Maßnahmen weiteren Temperaturanstieg verhindern.

Abschalten (zumindest der Last) wäre eine Möglichkeit. Besser (vor allem in der Wahrnehmung durch den Anwender) wäre eine Reduzierung des Pegels. Dazu reicht u.U. schon ein geeignet im Signalweg plazierter PTC.

Am einfachsten: dem TDA2030 eine schlechtere Kühlung spendieren. Dann macht die eingebaute thermische Schutzschaltung die Drecksarbeit. Da der TDA2030 dann asymmetrisch clippt, ist das auch deutlich hörbar.

OBStory: als Schüler war ich "Techniker" einer kleinen Band. Unsere erste Endstufe war ein geliehener Vermona Regent 600H, der aber nicht richtig "knackig" klang. Also habe ich kurzer Hand meine Heim-Endstufe, bestehend aus zwei A2030, um eine Phasenumkehrstufe erweitert und in Brückenschaltung betrieben. Der Klang war super, allerdings war die Kühlung nicht auf derartige Last ausgelegt und nach ca. 20 Minuten begrenzte die Schutzschaltung im A2030 die Ausgangsleistung. Sänger/ Keyborder fanden das nicht so gut, aber dem Gitarristen hat es gefallen. Endlich mal ein Overdrive mit geilem Klang ;-)

PS: entgegen den geäußerten Bedenken, ICs am thermischen Limit zu betreiben, halte ich das für unbedenklich. Zum ersten gibt der Hersteller sowohl den xxx317(0) als auch den xxx2030 als zeitlich unbegrenzt kurzschlußfest an. Zum anderen sind zumindest diese ICs hinreichend "grob", um auch längeren Betrieb bei 150-175C auf dem Die zu überstehen. Ein Pentium4 oder Athlon sind was anderes.

PPS: o.g. Endstufe lebt immer noch und beschallt hin und wieder meinen Dachboden :-)

XL

--
Das ist halt der Unterschied: Unix ist ein Betriebssystem mit Tradition,
die anderen sind einfach von sich aus unlogisch. -- Anselm Lingnau
Reply to
Axel Schwenke

In der Appnote AN-181 von National steht für den LM117: "Thermal overload protection, included on the chip, turns the regulator OFF when the chip temperature exceeds about

170°C, preventing destruction due to excessive heating. Previously, the thermal limit circuitry required about 7V to operate. The LM117 has a new design that is operative down to about 2V. Further, the thermal limit and current limit circuitry in the LM117 are functional, even if the adjustment terminal should be accidently disconnected."

Ich würd mir in diesem Zusammenhang auch die AN-182 reinziehen: "Low Operating Temperature Increases Life: Like any semiconductor circuit, lower operating temperature improves reliability. Operating life decreases at high junction temperatures. Although many regulators are rated to meet specifications at 150°C, it is not a good idea to design for continuous operation at that temperature. A reasonable maximum operating temperature would be 100°C for epoxy packaged devices and 125°C for hermetically sealed (TO-3) devices. Of course, the lower the better, and decreasing the above temperatures by 25°C for normal operation is still reasonable. Another benefit of lowered operating temperatures is improved power cycle life for low cost soft soldered packages. Many of today?s power devices (transistors included) are assembled using a TO-220 or TO-3 aluminum soft solder system. With temperature excursions, the solder work-hardens and with enough cycles the solder will utlimately fail. The larger the temperature change, the sooner failure will occur. Failures can start at about 5000 cycles with a 100°C temperature excursion. This necessitates, for example, either a large heat sink or a regulator assembled with a hard solder, such as steel packages, for equipment that is continuously cycled ON and OFF."

Interessant könnte auch die AN-110 sein, die den LM195/ LM395 beschreibt. Leider ist das Teil nicht leicht billig zu bekommen. Es schaltet bei 165°C ebenfalls ab.

--
mfg Rolf Bombach
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Rolf Bombach

[...]

Ja, genau das meine ich. Die PTC-Sicherungen werden heiß, sobald sie ausgelöst haben. Bei Geräten im kommerziellen Temperaturbereich mag das nicht ganz so problematisch sein. Ich entwickle für den erweiterten industriellen Temperaturbereich. Und da muss man bedenken, dass man eventuell eh schon bei 85 Grad Celsius Umgebungstemperatur ist. Da braucht es nicht mehr viel Wärme zusätzlich, um den Glaserweichungspunkt des FR4-Materials zu erreichen. Eigentlich soll man sogar um einiges drunter bleiben, weil das Zeug auch vorher schon braun bis schwarz wird, wenn es lange genug gegrillt wird. Und wenn es erst mal schwarz ist, ist es auch leitfähig (hab' schon 4 ohm zwischen zwei Leiterbahnen in einer Innenlage gemessen) - da fließt der Strom dann an der Sicherung vorbei durchs FR4. Bei Pertinax könnte ich mir vorstellen, dass man die Temperaturen noch etwas niedriger halten muss, um es vor dem Kokeln zu bewahren.

Verstehe mich bitte nicht falsch. Ich möchte Dich nicht davon abhalten PTC-Fuses zu verwenden - im Gegenteil, ich finde die Dinger toll. Für Deinen Anwendungsfall dürften sie ideal sein. Aber genau in diesem Fall, wenn die Leute meinen, ein Gerät trotz Kurzschluss noch weiter betreiben zu müssen und das Letzte abzuverlangen (so wie Du es schilderst, über Stunden und Tage), solltest Du eben auf die möglichen thermischen Probleme achtgeben. Wie schon geschrieben: Thermographie rulez. Auch den schlechtest möglichen Betriebsfall prüfen.

Grüße,

Günther

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Günther Dietrich

Hallo Günther,

stimmt, ich musste erst kürzlich bei der Reparatur eines anderen Gerätes eine Leiterplatte genau wegen diesem Problem als irreparabel einstufen.

Auf die Thermographie werde ich wohl verzichten müssen, aber nach Deinem Hinweis werde ich es mir nicht nehmen lassen, ein Gerät ein paar Tage zu braten (Steinzeitmethoden, aber wirkungsvoll ;o). Im Vergleich zu einer defekten Leiterplatte wäre ein defekter Trafo vorzuziehen - den kann man austauschen. Ich bin aber noch optimistisch - die Leiterbahnen sollten für eine ausreichende Wärmeableitung sorgen und ich bezweifele auch, dass die Wärmeleitfähigkeit der PTC-Keramik so ausgeprägt ist, dass wirklich eine nennenswerte Leistung über die Anschlussbeine abgeführt wird. Das könnte man sich mit Thermographie natürlich toll ansehen.

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts

Hallo Rolf,

Danke für die Hinweise:

Zum Glück habe ich jetzt ja eine Alternative! :o)

Gruß,

Ed

Reply to
Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb:

Vielleicht kannst Du bei hinreichend langen Anschlussbeinen den PTC sogar etwas höher setzen. Dann ist die Strahlungswärme auf die Leiterplatte vermindert. Früher haben wir zu diesem Zweck (bei Widerständen) Keramikperlen als Abstandshalter über die Beine geschoben.

Grüsse

--
Michael Redmann
Lieber "Southern Comfort" statt "Nordic Walking"!
Reply to
Michael Redmann

Irgendwie kommt die Information hier nur tröpfchenweise an. Was für ein Gerät ist das denn? Ein Kurzschluß am Ausgang sollte dem Anwender doch wohl auffallen?

Wie wäre dann eine große, rote, nicht zu übersehende "Gerät ist überhitzt, bitte abschalten und abkühlen lassen" Anzeige? Gleich neben der gelben "Du Dödel hast einen Kurzschluß fabriziert!"? Nur kommentarlos abschalten ist natürlich blöd.

IMHO kommen hier zwei Dinge zusammen:

  1. Der Anwender wird nicht ausreichend über einen Fehler informiert
  2. Das Gerät schützt sich nicht ausreichend; sinnvoll wäre eine (reversible) Blockierung aller Funktionen bei Fehlbedienung

XL

--
Das ist halt der Unterschied: Unix ist ein Betriebssystem mit Tradition,
die anderen sind einfach von sich aus unlogisch. -- Anselm Lingnau
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Axel Schwenke

Hallo Axel,

wenn Du es unbedingt wissen willst - ein Timer für eine Sonnenbank mit integrierter Beschallung für den Kunden auf derselben. Üblicherweise sind so 6 bis 8 von den Dingern mit einem Computer verbunden, der als Kassensystem arbeitet.

Ja, der liegt auf der Sonnenbank und hat keine Musik - dass da keiner aufsteht und sich beschwert, verstehe ich auch nicht. ;o)

BTW - wie diese Kurzschlüsse dort immer produziert werden, ist mir bis heute noch nicht richtig klar. Nur das Schadensbild ist eindeutig und deshalb kann mir das auch egal sein - es passiert und muss berücksichtigt werden.

Stimmt, im Moment muss er nachgucken, ein zusätzliches Warnsymbol ist in Arbeit.

Nö, das Gerät muss unter allen Umständen in der Lage sein, die Sonnenbank anzusteuern. Die Musik darf ausfallen, nicht aber die Sonnenbank - damit wird schliesslich das Geld verdient. Und noch eine Nebenbedingung, die Geräte gibt es auch als Automat zur Selbstbedienung und meistens sitzen irgendwelche Mädels an der Kasse, die gar nicht in der Lage sind, auf Systemmeldungen zuzugreifen und nach einem Kurzschluss zu gucken. Das Gerät muss also durchhalten, bis sich jemand mit den entsprechenden Zugriffsrechten anmeldet. Ein Abschalten ist für unsere Kunden nicht akzeptabel - die betreiben Geräte weiter, die alle 5 Minuten Störung melden und mit der Sonnenbank Lichtorgel spielen. Darauf muss ich mich eben einstellen und dieses Designziel ist jetzt schon (ohne PTC) zu mindestens 90% erreicht.

Gruß,

Ed

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Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb:

Der Verstärker ist nebenberuflich auch gerne mal Mittelwellensender mit extrem schlechter Anpassung?

Gruß

Uwe, meint ja nur...

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Uwe Bredemeier

Die Keramikröhrchen kenne ich auch noch aus ganz alten Geräten, die ich als Junge ausschlachtete. Heutzutage wird aber - zumindest bei uns in der Firma - auf bedrahtete Bauteile tunlichst verzichtet. Die sind teuer, weil nicht im Reflow-Ofen zu löten. Bei mir heizen die PTC-Fuses also die Platine im direkten Kontakt.

Ich beklagte ja auch nicht, dass das Problem nicht zu lösen sei, sondern wies darauf hin, dass man es ins Kalkül ziehen sollte.

Grüße,

Günther

Reply to
Günther Dietrich

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