Netzteil Schutzschaltungen kurz erklärt

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Maurice Janssen

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14. 06. 2020
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Kevelaer
In Zusammenarbeit mit Luke Savanije

Einleitung

Es gibt einige Dinge, die man bei einem Netzteil beachten muss, und subjektiv gesehen sind Schutzschaltungen ein wichtiger Aspekt. Sie schützen das Netzteil und angeschlossene Komponenten vor zu hohem elektrischen Strom, zu niedriger & zu hoher elektrischer Spannung, zu hoher Temperatur und vor Kurzschlüssen. Im Folgenden werden die im Netzteil möglichen Schutzschaltungen auf ihre Funktion und Relevanz erläutert.

Kurze Erklärung verwendeter Begriffe

Schutz-IC : Integrierter Schaltkreis welcher das Netzteil überwacht & einige, in manchen Fällen auch alle, Schutzschaltungen beinhaltet
ATX-Standard : Ein von Intel vorgegebener Standard der Vorschriften und Empfehlungen, in Bezug auf Schutzschaltungen, Spannungsregulierung, Spannungsabweichung und einigen weiteren Aspekten, beinhalten.
Neben(schluss)widerstand / Shunt : Ein Bauteil mit niedrigem Widerstand, welches zum Stromkreis parallelgeschaltet ist. Thermistor : Ein elektrischer Widerstand, dessen Wert sich abhängig von der Temperatur ändert.

OPP (eng.: Over Power Protection; Überlastschutz)

Der Überlastschutz, auch OPP, ist eine Schutzschaltung welche das Netzteil ausschaltet, wenn die Leistungsmenge einen bestimmten Wert überschreitet. Im Regelfall befindet sich das Limit zwischen 110-140% der beworbenen Watt. Diese Schutzschaltung verwendet ein Limit und schaltet das Netzteil aus, sobald dieses überschritten wird, überwacht jedoch nicht aktiv die Nennleistung(In Watt). Der Überlastschutz ist in der Regel im PWM-Controller integriert und ist eine Vorschrift des ATX-Standards, sofern kein Überstromschutz vorhanden ist.

OCP (eng.: Over Current Protection; Überstromschutz)

Ein Überstromschutz hat den selben Sinn, jedoch ein anderes Konzept, als der Überlastschutz. Der Überstromschutz verwendet Shunt-Widerstände um die Stromstärke zu messen & schaltet das Netzteil ab, sobald ein gewisser Wert erreicht wird. Diese Schutzschaltung findet man überwiegend in Netzteilen mit mehreren 12v Rails, da ein Überlastschutz für eine einzige 12v Rail ausreichend ist. Der Überstromschutz befindet sich überlicherweise im Schutz-IC und ist mit Shunt-Widsterständen an der/n 12v Rail/s verbunden. Der Überstromschutz ist lediglich vom ATX-Standard empfohlen.

OTP (eng.: Over Temperature Protection; Übertemperaturschutz)

Der Übertemperaturschutz schützt das Netzteil vor zu hohen Temperaturen, wenn zum Beispiel der Lüfter ausfällt. in der Regel wird für den Übertemperaturschutz ein eigenes IC in Verbindung mit einem Thermistor verwendet. Die OTP kann jedoch in dem Fan-Controller integriert sein. Die Limits sind davon abhängig, an welcher Stelle sich der Thermistor befindet. Reviewer sehen 200°C als ein Test-Limit für den Übertemperaturschutz.

Ein Übertemperaturschutz war bis zum ATX-Standard v2.52 lediglich eine Empfehlung, seitdem jedoch eine Voraussetzung.

UVP (eng.: Under Voltage Protection; Unterspannungsschutz)

Der Unterspannungsschutz schaltet das Netzteil ab, sobald die Spannung unter ein gewisses Limit fällt. Zu einem benötigen einige Komponenten eine stabile Spannung und es wird weniger Korrektur seitens des Spannungsreglermoduls, kurz VRM, benötigt, zum anderen messen Überlast- & Überstromschutz nur anhand des Ampere Werts. Das heißt, dass sobald eine Ausgangsspannung zu tief fällt, die Stromstärke steigen kann & zu verbrannten Kabeln und Steckern führen kann. Der Unterspannungsschutz ist in der Regel im Schutz-IC enthalten und nur eine Empfehlung des ATX-Standards. In meinen Augen ist es jedoch eine Voraussetzung für jedes neue Netzteil.

OVP (eng,: Over Voltage Protection; Überspannungsschutz)

Der Überspannungsschutz ähnelt sich dem Unterspannungsschutz, jedoch limitiert dieser Schutz in die Höhe. Übersteigt die Spannung einen gewissen Wert, wird das Netzteil ausgeschaltet. Wie der Unterspannungsschutz befindet sich der Überspannungsschutz ebenfalls im Schutz-IC. Der Überspannungsschutz ist eine Vorschrift des ATX-Standards.

SCP (eng.: Short Circuit Protection; Kurzschlussschutz)

Der Kurzschlussschutz misst den Widerstand auf jeder Rail & schaltet das Netzteil aus, wenn der Widerstand niedriger als 0.1 Ohm ist. Diese Schutzschaltung ist üblicherweise mit OPP,OCP,OVP und UVP kombiniert. Üblicherweise ist der Kurschlussschutz im Schutz-IC integriert & eine Vorschrift des ATX-Standards. Der ATX-Standard schreibt ebenfalls vor, dass für jede Rail ein getrennter Schaltkreis vorhanden sein muss.

PWR_OK_Signal

Das PWR_OK Signal ist ein verzögertes Signal, welches aussagt, dass das Netzteil genug Energie gespeichert hat, um mindestens 17 ms unter maximaler Last auszuhalten. Die Verzögerung muss unterhalb von 500ms und über 100ms liegen. Der ATX-Standard bevorzugt jedoch eine Verzögerung unterhalb von 250ms. Die angegebene Zeit bezieht sich auf die Verzögerung des PWR_OK Signals.

Zusammenfassung

OPP ist für den Fall vorausgesetzt, dass die Last zu hoch ist.
OCP ist empfohlen & für den selben Fall. OTP ist seit dem letzten ATX-Standard vorausgesetzt um zu verhindern, dass zu Hohe Temperaturen erreicht werden
UVP ist empfohlen & von mir vorausgesetzt & verhindert, dass die Spannung zu tief fällt.
OVP ist vorausgesetzt, um vor zu hohen Spannungen zu schützen.
SCP ist vorausgesetzt, um zu verhindern, dass der Widerstand zu niedrig ist. PWR_OK ist vorausgesetzt & signalisiert, dass das Netzteil noch funktioniert.


Quellen

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermistor

https://en.wikipedia.org/wiki/Shunt_(electrical)

https://www.tomshardware.com/reviews/power-supplies-101,4193.html

https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/guides/power-supply-design-guide-june.pdf
 
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