20 Ampere Anlaufstrombegrenzung

Dieses Projekt wurde als Lösung für ein Problen mit dem Labor-Trenntransformator geboren. Dieser 5kVA Trenntransformator ließ in vielen Fällen die Haussicherung ansprechen, weswegen dieser simple Einschaltstrombegrenzer gebaut wurde. Das Hauptziel war es, das Produkt so zu designen, dass Fehler der Relais niemals zu einem Feuer führen können.

Um dieses Ziel zu erreichen wurde im Endeffekt eine doppelte Sicherheit implementiert.
Die grundsätzliche Idee einer Einschaltstrombegrenzung ist es, einen Hochleistungswiderstand in Serie zur Last zu schalten. Dieser Widerstand begrenzt den Einschaltstromstoß und wird nach kurzer Zeit von einem Relais gebrückt.
Falls das Relais einen Defekt entwickelt und im geöffneten Zustand verbleibt liegt der Widerstand dauerhaft in Serie zur Last - was unweigerlich zur Zerstörung und starker Temperaturentwicklung des Widerstands führt. Dies passierte mir mit einem kommerziell verfügbaren Einschaltstrombegrenzungsmodul, weswegen auf den Aspekt der Sicherheit großen Wert gelegt wurde.
Um diesen Fehlerfall zu verhindern wurde ein zweites, "normally closed" Relais in Reihe zum Widerstand geschaltet, welches ebenfalls nach dem Einschalten gebrückt wird. Dieses Relais zieht kurze Zeit nach dem Brücken-Relais an. Sollte das Brücken-Relais nun offen bleiben trennt das Sicherheitsrelais nach kurzer Zeit den Stromkreis auf und der Widerstand wird vor Überhitzung bewahrt. Der Nutzer bekommt dies entsprechend durch das nicht-funktionieren seines Gerätes mit. Um absolut sicher zu gehen wurde zudem eine 92 Grad Thermosicherung nahe des Widerstandes angebracht.

Um das Funktionsprinzip zu prüfen wurde zuerst ein Prototyp auf einem Breadboard aufgebaut.


Breadboarding der Schaltung

Nachdem diese Schaltung einwandfrei funktionierte und die Schaltzeiten der beiden Relais angepasst wurden entstand ein roher Prototyp auf Lochraster aus Restteilen. Nicht gezeigt ist hier der Leistungswiderstand - Dieser wurde schlussendlich im freien Bereich unter den Relais verbaut.


Nicht hübsch, aber als "Proof of Concept" ausreichend und preiswert.

Nachdem diese Schaltung einige Monate unauffällig funktionierte fiel die Entscheidung, ein professionelles Modul daraus zu entwickeln. Es entstand eine Platine, welche in ein auf dem freien Markt verfügbares Gehäuse hinein passt. Der Fokus wurde hier unter anderem auf eine gute BOM Optimierung gesetzt, um die Komponentanzahl gering zu halten. Die Schaltung nutzt den gleichen Schaltplan wie der zuvor gezeigte Prorotyp. Dieses Modul könnte zukünftig im PDI.Technology Shop als fertiges Modul und als DIZ Kit zu finden sein.


PCB Lazout des Einschaltstrombegrenzungsmoduls

Verwendung fand hier ein PCB Netzteilmodul von Meanwell, was es erlaubte, das Modul ohne externe Spannungsversorgung zu betreiben. Die Verwendung eines Relais mit 6.3mm Flachsteckern macht den Anschluss von Netz und Laststromkreis einfach. Ebenfalls wurde ein Poti vorgesehen, um dem Nutzer die Einstellung der Einschaltverzögerung zu ermöglichen.


3D Render des fertigen PCBs


3D Render, andere Perspektive