Hallo!
Das Thema Parallelschaltung von Dioden kam hier im Thread jetzt ein paar mal in der Form Fragestellung oder Beispiel vor.
Da sich bei mir der Eindruck ergeben hat, dass nicht jeder das Hintergrundwissen zur Parallelschaltung von Dioden hat, möchte ich gerne etwas Aufklärung betreiben.
HNAGL wrote: Warum schaltest du nicht zwei Dioden parallel, dann hättest du 10 Ampere mögliche Dauerlast pro LIFE und die um 0,7 Volt niedrigere Empfängerspannung.
AlexBonfire wrote: Bei der Parallelschaltung von 2 Widerständen halbiert sich der Gesamtwiderstand.
Bei Dioden ist das zwar nicht 1:1 übertragbar, aber auch da ist der Spannungsabfall abhängig vom Strom, der durch sie fließt, nur ist der Zusammenhang meines Wissens nicht linear. Bei zwei Dioden parallel hat man auf jeden Fall unter Last eine höhere Spannung am Ausgang wie bei nur einer (baugleichen).
c.berger99 wrote: Jetzt habe ich mir einige Stecker gebaut, der Plan und Anregung stammen aus dem Warbirdforum. Hier sind 2 Dioden paralell und eine kleine Antiparalell geschaltet.
Was sagt Ihr dazu?
Die Kurzfassung vorne weg: Die Parallelschaltung von Dioden ist ohne weitere Maßnahmen nicht sinnvoll sondern führt eher zu einer trügerischen Sicherheit. Der maximale Strom wird durch Parallelschaltung nicht wirklich erhöht.
Die etwas ausführlichere Begründung:
Dioden sind Halbleiterbauteile, die sich im Gegensatz zu einfach Widerständen, nicht an das ohmsche Gesetz halten. Bei linearen Bauteilen, wie z.B. Widerständen, gibt es recht anschauliche Formeln, mit denen sich ausrechnen lässt, was mit Strom und Spannung bei Parallel- und Reihenschaltung passiert. Diese Formeln lassen sich nicht auf Halbleiter wie Dioden übertragen.
Schaut man sich die Kennlinien von Widerständen und Dioden an, also ein Diagramm an dem auf der y-Achse die Spannung und auf der x-Achse der resultierende Strom aufgetragen sind, ergeben sich zwei völlig unterschiedliche Kurven. Bei einem Widerstand ergibt sich eine einfach Gerade. Verdoppelt man die Spannung, ergibt sich auch ein doppelt so hoher Strom. Bei einer Diode sieht dieses Diagramm wie eine Exponentialfunktion aus. Bis zu einem bestimmten Punkt lässt sich die Spannung anheben, wobei der Strom praktisch bei 0 bleibt und ab diesem Punkt steigt der Strom dann sehr steil an. Dieser Punkt liegt bei "normalen" Dioden etwa bei den bekannten 0,7V. Bei z.B. 1V geht der Strom schon fast gegen unendlich, entspricht also praktisch einem Kurzschluß. Im Modellbau macht man sich dieses nichtlineare Verhalten der Diode zu nutzen um die Spannung unabhängig vom Strom um 0,7V zu reduzieren.
Es gibt noch einen weiteren, in diesem Fall wichtigen, Unterschied. Die Temperatur von Widerständen hat so gut wie keinen Einfluss auf den elektrischen Widerstand. Bei Dioden ist das ganz anders. Dioden haben einen sogenannten negativen Temperaturkoeffizienten. Das bedeutet, dass bei steigender Temperatur die Durchlassspannung sinkt. An einer heißen Diode fallen dann z.B. nicht mehr 0,7V sondern nur noch 0,65V ab.
Damit wären wir dann auch schon bei der Gefahr wenn Dioden parallel geschaltet werden. In der Praxis ist es nie möglich, zwei exakt gleiche Dioden zu haben. So genau kann niemand Dioden herstellen. Dadurch haben zwei Dioden immer auch zwei unterschiedliche Durchlassspannungen. Legt man jetzt die Diagramme von den beiden Dioden übereinander, sieht man, dass eine Diode früher zu leiten beginnt und der Strom durch diese Diode entsprechend höher ist. Dadurch teilt sich der Strom nicht gleichmäßig auf beide Dioden auf, durch die Diode mit der niedrigeren Durchlassspannung fließt ein höherer Strom. Durch die exponentielle Kennlinie führen, im Gegensatz zu Widerständen, bereits sehr kleine Unterschiede zwischen zwei Dioden zu großen Unterschieden bei Aufteilung des Stroms.
Das allein wäre noch nicht schlimm, denn auch Widerstände sind nie ganz gleich und somit der Strom auch nicht gleich verteilt. Jetzt kommt aber der negative Temperaturkoeffizient ins Spiel. An der Diode wird die abfallende Spannung in Wärme umgesetzt. Die Durchlassspannung sinkt also, wie oben dargestellt. Da durch eine Diode ein höherer Strom fließt, erwärmt sich diese stärker, weshalb die ohnehin schon niedrigere Durchlassspannung stärker als bei der anderen Diode sinkt. Der Unterschied zwischen den beiden Dioden wird also größer, weshalb der Strom noch ungleicher wird. Das wiederum führt dazu, dass sich die Diode noch weiter erwärmt, der Unterschied noch größer wird, und so weiter.
Letztlich ist es eine Kettenreaktion, die schnell dazu führt, dass eine Diode fast den kompletten Strom alleine "übernimmt". In der Regel ist sie dann aber überlastet, denn die Parallelschaltung macht man ja, weil eine Diode allein unterdimensioniert ist. Über kurz oder lang geht also eine Diode kaputt.
In der Elektronikentwicklung wird man daher nie parallel geschaltete Dioden ohne weitere Schutzmaßnahmen finden, die den Strom durch eine einzelne Diode auf ein zulässiges Maximum begrenzen.
Für den Modellbauer kommt noch erschwerend hinzu, dass man von außen gar nicht unbedingt erkennen kann, wenn eine Diode schon ausgefallen ist.
Zusammenfassung:
Die beste und einfachste Lösung für die Praxis ist, den geringen Betrag einer höher belastbaren Diode zu investieren statt zwei weniger belastbare Dioden parallel zu schalten, weil sie z.B. gerade vorhanden sind. Bei Widerständen kein Problem, bei Dioden ein No-Go.
Viele Grüße,
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