MA – Entwicklung und Verifikation eines Sicherungsmodells in SPICE

Entwicklung und Verifikation eines Sicherungsmodells in SPICE

Kurzzusammenfassung

Sicherungselemente sind zum Schutz elektrischer Schaltungen essenziell. Die Dimensionierung und Validierung von Sicherungen ist jedoch mit hohem Prototypenaufwand verbunden. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher zwei Sicherungsmodelle zum Einsatz in der Schaltungssimulation entwickelt, um den Aufwand durch experimentelle Überprüfung der Sicherungsauswahl zu reduzieren. Das anhand des Datenblatts der Sicherung zu parametrisierende Modell bildet das Auslöseverhalten der Sicherung korrekt ab. Eine Erweiterung hierzu stellt das thermische Modell dar. Dieses erlaubt zusätzlich die Evaluierung der Temperaturverhältnisse und kann auch ohne Datenblatt anhand von Geometrie- und Materialdaten parametrisiert werden. Somit können auch leiterplattenintegrierte Sicherungselemente ohne vorliegende Auslösecharakteristik modelliert werden. Das Modell wird zudem um eine Lichtbogennachbildung ergänzt. Die abschließende Validierung der Simulationsmodelle zeigt sehr gute Übereinstimmung zur realen Sicherungscharakteristik.

Abstract

Fuses are essential protection-devices for electrical circuits. Choosing and validating the correct fuse requires a significant amount of prototyping. Two fuse-models for application in circuit simulation are developed in this work to reduce the required effort due to experimental assessment of the chosen fuse. The first model is parameterized based on the fuse’s datasheet. This model correctly implements the tripping characteristics. In extension, the thermal model is developed, which allows the evaluation of the temperature in the fuse. It can be parameterized using the dimensions of the fuse and material parameters without the availability of a datasheet. Therefore, it is possible to simulate the behaviour of fusing elements integrated in printed circuit boards without the availability of tripping characteristics. Elements to simulate the arcing behaviour after tripping of the fuse are included in the model. The concluding evaluation of the simulation model shows very good agreement to the actual fusing characteristics.

Bearbeiter: Marcel Sippel

Betreuer: Melanie Lavery;

Julian Kaiser (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761574; Email: Julian.Kaiser@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März