Klemmschaltung (Stromversorgung)

Klemmschaltung mit Triac und LM431 als Spannungsreferenz

Eine Klemmschaltung (engl. Crowbar) ist eine elektronische Schaltung, die als Schutz vor Überspannung vor allem in Gleichstromversorgungen niedriger Spannung eingesetzt wird. Dabei wird bei Erreichen einer bestimmten Spannung die Versorgungsspannung niederohmig kurzgeschlossen, so dass als Folge eine Sicherung auslösen kann und die Stromversorgung unterbricht.

Crowbars dienen vor allem dem Schutz teurer Baugruppen, deren Betriebsspannung eng toleriert ist (z. B. 5-Volt-Versorgung von Digitalschaltungen), vor einem Versagen der Spannungsregelung in der Stromversorgung. Aufgrund der relativ langen Auslösezeit (um 10 µs) sind sie nicht zum Schutz vor Überspannungstransienten, wie sie z. B. durch Blitzschlag auftreten, geeignet.

Die Klemmschaltung besitzt als Schaltelement meistens einen Thyristor oder Triac der mit seinen beiden Hauptanschlüssen (Kathode und Anode) direkt an die Versorgungsspannung geschaltet ist. Bei Erreichen eines kritischen Überspannungsniveaus wird der Thyristor über das Gate mittels einer Auslöseschaltung gezündet und erzeugt einen Kurzschluss der Versorgungsspannung. Der als Folge auftretende Kurzschlussstrom löst ein Sicherungselement aus, meistens eine Schmelzsicherung in der Zuleitung, und unterbricht dauerhaft die Stromversorgung. Diese Schmelzsicherung muss schnell genug auslösen, um Schaden an dem Thyristor zu vermeiden.

Der funktionelle Unterschied zu einem Überspannungsschutz aus Suppressordioden oder Varistoren besteht darin, dass bei Erreichen der Auslösespannung direkt die Versorgungsspannung kurzgeschlossen wird, also der Spannungsabfall und somit die Verlustleistung am Thyristor klein gehalten wird. Fast die komplette Verlustleistung tritt dann an der Schmelzsicherung auf, die dadurch sicher auslöst und den Stromkreis unterbricht.
Bei Überspannungsschutzdioden besteht dagegen das Problem, dass länger dauernde Überspannung zu einer hohen thermischen Belastung der Schutzdiode führt, mit der Folge des thermischen Versagens der Diode.
Bei Verwendung von Schmelzsicherungen müssen diese nach Auslösung ersetzt werden. Meistens liegt jedoch ein Fehler im Netzteil vor, so dass dieses sowieso getauscht oder repariert werden muss. Daher werden solche Klemmschaltungen kaum in Verbindung mit selbstrückstellenden Sicherungen (PTC-Sicherungen) eingesetzt.
In PC-Netzteilen hat ein Ansprechen der Klemmschaltung auf der 5V Schiene meist nicht das Ansprechen der primärseitigen Schmelzsicherung zur Folge, sondern die Regelschaltung des Netzteils erkennt einen Überstrom und regelt dadurch die Spannung herunter. Das Netzteil verbleibt in diesem Zustand bis es ausgeschaltet wird. Nach neuerlichen Einschalten des Netzteils funktioniert es meist ohne Probleme, geht aber wieder in den Überstrommodus falls der Grund der Auslösung der Klemmschatung nicht beseitigt wurde. Ein Betreiben eines PC-Netzteils ohne Verbraucher kann das Ansprechen der Klemmschaltung zur Folge haben, da diese Netzteile nicht für Betrieb im Leerlauf ausgelegt sind.