Verpolungsschutz

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Beschreibung

Verpolungsschutz Der Verpolungsschutz soll verhindern, dass eine polungsabhängige Schaltung, bei der die Anschlüsse für Plus und Minus (Polarität) definiert sind, bei einer Falschpolung Schaden nimmt. In der Regel ist ein Verpolungsschutz immer dann notwendig, wenn die Schaltung oder das Gerät mit einer Gleichspannung beschaltet werden muss. Bei Schaltungen oder Geräte, die mit Wechselspannung beschaltet werden, gibt es keine Polung und damit auch keine Polungsabhängigkeit. Somit ist bei Wechselspannung kein Verpolungsschutz erforderlich. Es gibt grundsätzlich zwei Herangehensweisen um einen Verpolungsschutz zu realisieren: Mechanischer Verpolungsschutz Elektrischer oder elektronischer Verpolungsschutz

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Themenkreis

Mechanischer Verpolungsschutz

Der mechanische Verpolungsschutz ist immer eine bauliche Maßnahme und damit der sicherste Verpolungsschutz. Er dient nicht nur zum Schutz der Schaltung, sondern auch um die Nichtfunktion durch die Steckverbindung zu verhindern. Meist kommt der mechanische Verpolungsschutz bei Stecksystemen vor. Stecker und Buchse sind jeweils so verformt, so dass sie nur in einer bestimmten Position zusammenpassen. In der Computertechnik und Kommunikationstechnik ist das die übliche Maßnahme bei Steckverbindungen. Die Verformung der Steckverbindung soll verhindern, dass der Anwender die Geräte falsch anschließen kann. So wird gleich von Anfang an eine Fehlfunktion vermieden.

Elektronischer Verpolungsschutz

Nicht überall kann man Steckverbindungen mit mechanischem Verpolungsschutz einsetzen. Wenn es darum geht die Adern eines Kabels direkt an eine Schaltung oder ein Gerät anzuschließen, kommt man ohne einen elektronischen Verpolungsschutz nicht aus. Verpolung ist schnell passiert. Entweder aus Unachtsamkeit, weil man die Anschlüsse verwechselt hat oder weil der mechanische Verpolungsschutz defekt ist.
Es gibt vier Schaltungsvarianten mit denen ein elektronischer Verpolungsschutz realisiert werden kann.

Diode in Reihe zur Spannungsversorgung


Der einfachste elektronische Verpolungsschutz ist eine Halbleiterdiode in Reihe zur Spannungsversorgung. Im Prinzip wird in die Zuleitung zur Schaltung eine Diode eingebaut. Wird die Spannung falsch herum angeschlossen, tritt die Ventilwirkung bzw. der Gleichrichtereffekt der Diode ein. Der Strom kann nur in die eine Richtung fließen. In der anderen Richtung wird der Strom durch die Diode gesperrt.
Bei dieser Art von Verpolung muss darauf geachtet werden, dass an einer normalen Silizium-Diode etwa 0,6 V und an einer Schottky-Diode etwas 0,3 V abfallen. Dieser Spannungsabfall vermindert die Betriebsspannung für die nachfolgende Schaltung. Außerdem muss eine Diode gewählt werden, die den Spitzenstromverbrauch der nachfolgenden Schaltung aushalten kann. Entsprechend muss man auch die Leistungsaufnahme der Diode berücksichtigen.

Diode parallel zur Spannungsversorgung


Ein weiterer Verpolungsschutz ist eine Diode parallel zur Spannungsversorgung. Die Diode ist in Sperrrichtung geschaltet. Im Normalbetrieb fließt kein Strom durch sie hindurch. Sie wirkt wie ein sehr hochohmiger Widerstand. An ihr liegt die gesamte Betriebsspannung an. Im Verpolungsfall wird sie leitend und begrenzt die Spannung für die nachfolgende Schaltung je nach Diode auf etwas 0,3 oder 0,7 V.
Eine Sicherung in der Pluszuleitung schützt die nachfolgende Schaltung gegen Kurzschluss bei Verpolung.

Brückengleichrichter


Bei diesem Verpolungsschutz wird ein Brückengleichrichter in die Zuleitung von der Spannungsversorgung eingebaut. Diese Variante des Verpolungsschutzes kann man als idiotensicher bezeichnen. Denn egal wie rum die Spannung angelegt wird, die nachfolgende Schaltung wird immer richtig herum beschaltet. Dieser Effekt wird durch die Brückengleichrichterschaltung erzeugt, die normalerweise dazu verwendet wird, um aus einer Wechselspannung eine pulsierende Gleichspannung zu machen (für den Spannungsregler).
Der Brückengleichrichter sorgt dafür, dass immer die richtige Polarität an der nachfolgenden Schaltung anliegt.
Bei dieser Art des Verpolungsschutzes muss darauf geachtet werden, dass immer ein kleiner Spannungsabfall an jeweils zwei Dioden auftritt, der die Betriebsspannung der nachfolgenden Schaltung vermindert. Auch muss auf den Stromverbrauch der der nachfolgenden Schaltung geachtet werden. Die Dioden müssen diesen Strom aushalten können.

Diode schaltet Relais


Die Kombination aus Diode und Relais ist eine sehr elegante Variante des Verpolungsschutzes. Ist Polung richtig herum, dann fließt ein Strom durch das Relais und die Diode. Das Relais schaltet dann die Versorgungsspannung zur nachfolgenden Schaltung durch. Im Verpolungsfall verhindert die Ventilwirkung bzw. der Gleichrichtereffekt der Diode einen Stromfluss durch das Relais. Der Kontakt öffnet sich. Die Diode parallel zum Relais ist eine Freilaufdiode, die bei Spannungsverlust die Induktionsspannung des Relais verhindern soll.
Der Vorteil dieses Verpolungsschutzes ist die Vermeidung eines Spannungsabfalls. Die nachfolgende Schaltung bekommt also die Spannung, die durch die Spannungsversorgung angelegt ist. Außerdem ist die Verlustleistung sehr gering. Nur die Relaisspule verbraucht etwas Strom.

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