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Überlast-/Überstromschutz im LLC-Wandler

Dank der Klammerdioden im primären Resonanzkreis ist der Wandler zumindest kurzzeitig überlastbar und kurzschlußfest. Um diese Überlastreserve in der Praxis auch nutzen zu können sollte die Strombegrenzung eine gewisse Trägheit des Ansprechverhaltens mitbringen. Das Mittel der Wahl sind hier rückstellbare Sicherungen auf der Basis von Kaltleitern (PTCs).

Als ein Nachteil eines solchen Kaltleiters ist dessen Kaltwiderstand zu sehen, der den Innenwiderstand des überwachten Stromkreises erhöht. Die kleinsten Verluste ergeben sich hier im Primärkreis. Allerdings hätte ein Abschalten des Primärkreises zu Folge dass auch der für verlustloses Schalten (ZVS) lebensnotwendige Magnetisierungsstrom entfiele. Das bedeutet, dass die MOSFETs ihre Kapazitäten nun per hartem Schalten umladen müssen, und damit steigen die Umschaltverluste von nahezu Null auf mehrere Watt an. Alles in Allem also ein zusätzlicher Stress den man gerne einspart.

Die genannten Nachteile lassen sich vermeiden indem man nur einen kleinen Bruchteil des Primärstromes zur Auslösung heranzieht und daraus ein Abschaltsignal ableitet, das die Ansteuerung des Wandlers sperrt („shutdown“). Der zugehörige „kapazitive Stromteiler“ besteht aus einem Auskoppelkondensator parallel zum Resonanzkondensator, der aufgrund seiner wesentlich kleineren Kapazität nur einen geringen Anteil des Primärstromes trägt. Dieser Strom durchfließt eine rückstellbare Sicherung, z.B. PRG18BB221MB1RB von Murata mit 220R Kaltwiderstand und 29mA Schaltpunkt (SMD0603). Wählt man 1nF zur Auskopplung bei einem vorhandenem 100nF Resonanzkondensator, so fließen 1% des Primärstromes durch den PTC. Bei 3A macht das 30mA und der PTC löst aus.

Mit einem geeigneten PTC läßt sich der Ansprechpunkt der Überstromabschaltung über einen weiten Bereich vorgeben allein über die Kapazität des Auskoppelkondensators. Wobei hier nicht die hohen Anforderungen eines Y1-Kondensators zu stellen sind, ein COG-Typ mit 1kV= sollte genügen. Das könnte dann so aussehen: