Überstromschutz-Schaltung mit Zener-Diode selbst bauen

Überstromschutz mit Zener-Diode: Schaltung & Aufbau

Moderne Netzteile sind zuverlässig, doch ein Ausfall der Reihenschaltung (Transistor/FET) als Kurzschluss kann die volle, ungeregelte Eingangsspannung auf die nachgeschaltete Elektronik legen – mit verheerenden Folgen. Ein Überstromschutz (Overvoltage Protection) begrenzt die Spannung auf der Lastseite, sobald ein voreingestellter Grenzwert überschritten wird. Während Sicherungen oder Leitungsschutzschalter (MCB) nur einmalig auslösen und dann getauscht werden müssen, bietet eine aktive Schaltung mit Zener-Diode und Transistoren schnelleren, wiederverwendbaren Schutz.

Zwei Grundkonzepte

• Zener-Spannungsregler: Hält die Ausgangsspannung konstant, trennt die Last aber nicht bei Überlast.
• Echter Überstromschutz (Crowbar): Trennt die Last sofort vom Netz, wenn die Spannung den Schwellwert übersteigt.

Benötigte Bauteile

• 1N4740A Zener-Diode (10 V / 1 W)
• FMMT718 PNP-Transistor
• 2N2222 NPN-Transistor
• Widerstände: 1 kΩ, 2,2 kΩ, 6 kΩ

Bauteile im Detail

Zener-Diode

Eine Zener-Diode leitet in Sperrrichtung, sobald die Zener-Spannung (Durchbruchspannung) erreicht wird. Sie dient als präzise Referenzspannung. Der 1N4740A bricht bei ca. 10 V durch. Zener-Dioden nutzen entweder den Zener-Effekt (niedrige Spannungen) oder den Lawinen-Durchbruch (höhere Spannungen).

2N2222 NPN-Transistor

Ein weit verbreiteter NPN-Transistor für Schalt- und Verstärkerzwecke (max. 800 mA Kollektorstrom). Pinbelegung: 1=Emitter, 2=Basis, 3=Kollektor (Gehäuse).

FMMT718 PNP-Transistor

Ein PNP-Transistor mit sehr niedriger Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (Vce_sat), ideal für minimale Spannungsverluste in der Schutzschaltung. Pinbelegung: 1=Kollektor, 2=Basis, 3=Emitter.

Schaltung 1: Zener-Spannungsregler

Diese Schaltung regelt die Ausgangsspannung auf die Zener-Spannung (ca. 5,1 V beim 1N4740A). Steigt die Eingangsspannung, leitet die Zener-Diode, der Transistor Q1 wird weniger angesteuert, der Ausgang sinkt wieder. Die Last wird jedoch nicht getrennt.

Schaltung 2: Aktiver Überstromschutz (Crowbar)

Funktionsweise im Normalbetrieb

Bei normaler Versorgungsspannung (unter Schwellwert) leitet die Zener-Diode D2 nicht. Die Basis von Q2 (NPN) liegt über einen Pull-up an HIGH → Q2 sperrt. Damit liegt an der Basis von Q1 (PNP) LOW an → Q1 leitet → Last ist mit Versorgung verbunden.

Funktionsweise bei Überstrom

Steigt die Spannung über den Zener-Schwellwert, leitet D2. Die Basis von Q2 wird auf LOW (Masse) gezogen → Q2 leitet. Die Basis von Q1 geht auf HIGH → Q1 sperrt → Last wird von der Versorgung getrennt. Der Schwellwert wird durch die Zener-Spannung von D2 definiert.

Durch den Einsatz des FMMT718 mit sehr niedrigem Vce_sat bleiben die Verluste im Schalttransistor minimal.