Hoe Stroombegrenzingsschakelingen Elektronica & Voedingen Beschermen

1. Wat is een stroombegrenzingsschakeling?

Een stroombegrenzer (current limiter) beschermt circuits door de stroom van een geregelde voeding te limiteren. Alleen het maximum toegestane stroomniveau kan vloeien. Dit verlengt de levensduur van componenten en biedt stroombeveiliging.

Elektronische schakeling

Toepassingen: lineaire voedingen, schakelende voedingen (sensing), high-power LED-sturing.

Waarom een stroombegrenzer?

Voor veiligheid en levensduur van componenten. Zowel in lineaire als schakelende voedingen, en bij high-power LED's.

2. Typen stroombegrenzing

Constante stroombegrenzing (Constant Current Limiting)

De meest basismethode. Houdt uitgangsspanning constant tot maximaal stroom bereikt is; daarna blijft stroom constant, spanning daalt.

Voordelen: Eenvoudig, weinig componenten.

Nadelen:

• Bij kortsluiting blijft stroom op maximum → oververhitting/schade.
• Spanningsval over serie-transistor neemt toe → meer warmte, grotere transistor + koelblad nodig → duurder/groter.
• Bij bijna 0V uitgang en max stroom ≈ ingangsspanning gelijkrichter → slecht ontwerp.

Kortsluiting resulterend in schade

Koelblad voor warmteafvoering in een printplaat

Terugvalsstroombegrenzing (Fold-back Current Limiting)

Houdt spanning constant tot begrenzing start; daarna daalt stroom samen met spanning. Bij overbelasting daalt stroom → minder warmte, minder schade.

Voordelen:

• Minder stroomverbruik/warmte bij overbelasting.
• Weinig componenten, goedkoop (vaak geïntegreerd in IC's).

Nadelen:

• Complexer dan constante stroombegrenzing.
• Werkt slecht met niet-lineaire lasten.
• Lock-out risico bij niet-ohmse lasten (constante stroomtrekking ongeacht spanning).

Opmerking: Een transiënte vertraging in de fold-back limiter kan lock-out voorkomen.

3. Berekenen van de stroombegrenzingsweerstand

Toepassing van weerstanden in elektrische componenten

Voor een variabele weerstand (R1) om stroom in te stellen:

R1 (begrenzingsweerstand) = Vref / I
Alternatief (bij LM317 o.l.): R1 = 1,25 / I
R1 vermogen = 1,25 × I

Let op: LED-stroom = optimale voorwaartsspanning / vermogen (bij 3,3V).
Voorbeeld: 2W LED → 2/3,3 = 0,6A (600mA).

4. Toepassing: Stroomgestuurde LED-buislamp

Belang van stroombegrenzing voor LED's

LED's zijn efficiënt maar gevoelig voor stroom/warmte. High-power LED's produceren veel warmte. Zonder begrenzing: oververhitting → schade → nog meer stroomtrekking → destructie.

Schakeling: Constante-stroom LED-driver (30W)

Reeksweerstand berekening:
R = (Voedingspanning – Totale LED voorwaartsspanning) / LED-stroom
R (Watt) = (Voedingspanning – Totale LED voorwaartsspanning) × LED-stroom

Zonder IC: Bipolaire transistoren (BJT) als stroomregelaar.

LED controller met een transistor

Praktische ontwerpen

Met twee dioden en een weerstand

Diode types als elektrische componenten

Emittor van uitgangstransistor met meetweerstand in serie. Twee dioden tussen basis en uitgang. Normaal: lage spanning over meetweerstand + basis-emitter < 2 diode-drops → dioden blokkeren. Bij stroomstijging: spanning over meetweerstand stijgt → bij 2 diode-drops geleiden dioden → basisstroom afgeleid → uitgangstransistor beperkt stroom.

Weerstandsberekening

R1 = (Us – 0,7) × hFE / Laststroom
Us = voedingspanning; hFE = voorwaartse stroomversterking T1; Laststroom = LED-stroom = 100W/35V = 2,5A

R2 = 0,7 / LED-stroom

Conclusie

Permanent aangesloten apparaten hebben beveiliging nodig: weinig extra componenten, goedkoop, simpel. Een stroombegrenzer past perfect. Je kunt het zelf integreren. Vragen? Neem contact op!