Definition der Spannungsfestigkeiten bei Widerständen
Stephen Oxley | Business Development Engineer | TT Electronics
Paul-Martin Kamprath | Leitung Marketing | pk components GmbH
Widerstände sind wichtige Bauelemente in elektronischen Schaltungen, die ggf. auch sehr hohe Spannungen verarbeiten müssen. Diese Widerstände spielen dann möglicherweise eine entscheidende Rolle in Anwendungen wie Hochspannungsnetzteilen und Impulsstromversorgungen. Gerade die Verwendung von Widerständen im oberen oder hohen Spannungsbereich erfordert einen besonderen und sorgfältigen Umgang.
Wie jedes elektronische Bauteil können auch Widerstände durch zu hohe Spannungen beschädigt werden. Aus diesem Grund ist es wichtig die Daten hinsichtlich der Spannungsfestigkeiten exakt einordnen zu können, um die Balance zwischen ausreichender Bemessung und Wirtschaftlichkeit zu halten. Das Problem: Widerstandsdaten können Entwicklern unterschiedliche Nennspannungswerte liefern, die durcheinander gebracht werden können, wenn die Definitionen unklar sind. In einigen Fällen werden auch mehrere Begriffe für dieselbe Bewertungsart verwendet. Zur Förderung des Verständnis werden in Folge die in der Fachwelt üblichen englischen Begrifflichkeiten beibehalten. Diese finden sich auch meist in den englischsprachigen Datenblättern.
Die vier unterschiedlichen Arten der Spannungsfestigkeiten bei Widerständen
1. Limiting Element Voltage (LEV) – Nennspannung – die kontinuierlich anzulegende maximale Spannung an den Anschlüssen.
2. Short Time Overload Voltage – Kurzzeitige Überspannung – die maximal anzulegende Spannung an den Anschlüssen mit einer Dauer von typisch 2 oder 5 Sekunden.
3. Surge Voltage – Spannungsstoß – Spannung mit kurzer Zeitdauer angelegt an den Anschlüssen.
4. Isolation Voltage – Isolationsspannung – Spannung, die zwischen der Isolation des Widerstandes und den gekürzten Anschlüssen angelegt wird.
Limiting Element Voltage (LEV), auch "Maximum Working Voltage" oder einfach “Voltage Rating”, im Deutschen auch gerne "Nennspannung". Für Widerstandswerte unterhalb eines Schwellenwerts, der als kritischer Widerstand bezeichnet wird, wird die Spannung durch die Nennleistung begrenzt. Doch oberhalb dieses Werts ist die Nennspannung der limitierende Faktor. Dies ist normalerweise Gleich- (DC) oder Wechselspannung (ACRMS), bei einigen Hochspannungswiderständen handelt es sich um Gleich- (DC) oder Spitzenwechselspannung (ACpk).
Für den Begriff "Short Time Overload Voltage" wird auch "Maximum Overload Voltage" verwendet. Die maximale Spannung an einem Widerstand hängt auch von der Dauer ab wie lange diese anliegt. Wenn das auf einige Sekunden (häufig 2s oder 5s) begrenzt ist, kann die Spannung typischerweise das 2- bis 2,5-fache der Nennspannung (LEV) betragen. Vorausgesetzt, der Ohmwert ist höher als der kritische Widerstand. Dies kann wiederholt angewendet werden, jedoch nur mit genügend Zeitabstand, um dem Widerstand zwischen den Überlastungen Zeit zu lassen, sich vollständig abzukühlen.
Mit dem Begriff "Surge Voltage Limit" zeigt sich auch "Maximum Pulse Voltage". Stoßspannungen (surge voltages) können um ein Vielfaches größer sein als die Nennspannung. Diese ist in keinem Fall als Leitfaden anzusehen. Ein Beispiel für den Widerstand WRM0207HP (TT Electronics, MELF-Format): Nennspannung (LEV) = 350V; die maximal erlaubte Spitzenspannnung mit der Form 1,2/50µs ist 6kV.
Die Isolationsspannung kann auch als Durchschlagsfestigkeit bezeichnet werden. Eine Spannung, die normalerweise als Gleichstrom oder als Spitzenwechselspannung (ACpk) definiert ist, wird in der Regel für 60 Sekunden zwischen dem isolierten Körper des Widerstands und seinen kurzgeschlossenen Anschlüssen angelegt. Sie gibt an, inwieweit sich ein Entwickler auf die Isolierung des Widerstands verlassen kann, wenn ein Schaltungsdesign ihn in der Nähe von Leiterbahnen oder leitenden Objekten platziert. Die Isolationsspannung korreliert überhaupt nicht mit der Nennspannung (LEV). Als Beispiel der Widerstand WH25 (TT Electronics): Die Nennspannung (LEV) ist 500V und die Isolationsspannung (isolation voltage) beträgt 3kV.
