Как защититься от автомобильной нагрузки?

Сброс нагрузки происходит, когда нагрузка, на которую генератор подает ток, внезапно отключается. В автомобильной электронике это относится к отключению аккумулятора, когда он заряжается от генератора. Это очевидно хорошо описано в этом документе SAE за 65 $ ; Википедия утверждает, что она может "достигать 120 В и может затухать до 400 мс" . Этот документ утверждает, что системный дамп 12 В может достигать 87 В и длиной 400 мс:

       12V system      24V system
Us     65V to 87V      123V to 174V     // maximum voltage
Ri     0.5Ω to 4Ω      1Ω to 8Ω         // source resistance
td     40ms to 400ms   100ms to 350ms   // pulse length
tr     10ms??          5ms??            // rise time

В последнем связанном документе также есть таблица, в которой перечислены значения поглощения энергии TVS (Transient Voltage Suppressor):

Таблица 2 - Потребляемая энергия [Дж] ( _зажим V = 45 В)

td [ms]   source resistance [Ω]
     0.5    1     1.5   2     2.5   3     3.5   4
 50  18.57  9.62  6.26  4.50  3.41  2.68  2.17  1.80
100  37.15  19.23 12.51 8.99  6.83  5.36  4.34  3.59
150  55.72  28.85 18.77 13.49 10.24 8.04  6.51  5.39
200  74.30  38.46 25.02 17.98 13.65 10.72 8.68  7.18
250  92.87  48.08 31.28 22.48 17.07 13.40 10.85 8.98
300  111.44 57.69 37.53 26.98 20.48 16.08 13.02 10.77
350  130.02 67.31 43.79 31.47 23.89 18.76 15.19 12.57
400  148.59 76.92 50.05 35.97 27.31 21.44 17.37 14.3

Теперь я хочу ограничить напряжение ниже 45 В (скажем, 20 В) и хотел бы пересчитать эти значения. Автор пишет:

• Рассчитано с использованием метода, приведенного в Приложении E.1.1. (E), где R _i = R _L (для передачи максимальной мощности).

Это показывает формулу:

W _e = (U _s ) ^{2 _x} t _d / R _i / 4,6

... и обновляет таблицу следующим образом:

Потребляемая энергия [Дж] ( _зажим V = 20 В)

td [ms]   source resistance [Ω]
     0.5    1      1.5    2      2.5    3      3.5    4
 50  97.59  48.79  32.53  24.40  19.52  16.26  13.94  12.20
100  195.17 97.59  65.06  48.79  39.03  32.53  27.88  24.40
150  292.76 146.38 97.59  73.19  58.55  48.79  41.82  36.60
200  390.35 195.17 130.12 97.59  78.07  65.06  55.76  48.79
250  487.93 243.97 162.64 121.98 97.59  81.32  69.70  60.99
300  585.52 292.76 195.17 146.38 117.10 97.59  83.65  73.19
350  683.11 341.55 227.70 170.78 136.62 113.85 97.59  85.39
400  780.70 390.35 260.23 195.17 156.14 130.12 111.53 97.59

Это дает максимальное значение 781J. Я сделал это правильно? Моя система TVS должна поглощать до ~ 800 Дж, проходя около 30 А? Это чертовски много, хотя это будет до 6 параллельных полуприцепов (~ 100AH ​​каждая) в дополнение к его генератору на 130A +. (Может ли сопротивление источника быть даже ниже 0,5 Ом?) Какая комбинация элементов TVS может эффективно пропускать 800 Дж, не нарушая при этом своего напряжения зажима, и что делает его более эффективным, чем другие решения?

_{Я защищаю низковольтные цифровые и аналоговые схемы, которые также имеют собственную фильтрацию мощности.}

Я не могу говорить с SAE J1113, но для SAE J1455 (тяжелый грузовик 12 В, где нагрузки должны быть больше) сброс нагрузки определяется как пик 100 В с временем спада ~ 0,6 с и импедансом ~ 0,6 Ом, это боль пережить.

Два широких метода выживания:

• Отключите себя и позвольте этому пройти:

Что обычно предпочтительнее и дешевле. Сбросы нагрузки относятся к классу неисправностей, во время которых многие устройства не должны работать (в отличие от связанных индуктивных переходных процессов), поэтому, если вы не используете какое-либо критическое устройство (ABS, ECU), вам разрешается выключаться и переустанавливаться, когда вы видите дамп нагрузки.

Говоря в широком смысле, для этого у вас может быть на своем входе стабилитрон, который, когда он выходит из строя и начинает проводить ток, переключает транзистор, чтобы полностью отключить себя. Очевидно, что ваш транзистор будет иметь определенное номинальное напряжение, поэтому выбор TVS все еще необходим (см. Далее), но он не должен ограничивать такое большое напряжение, энергию и мощность.

• зажать все это.

Это также вполне возможно с TVS, как вы упоминаете, и тогда это действительно зависит от того, как сильно вы хотите его зажать. Если у вас все нормально с 75 В, я думаю, я видел 500 Вт SMC. Если вы хотите, чтобы это почти ничего не происходило, вы можете делать то, что я видел, и использовать (2) 5 кВт 5KP22CA TVS параллельно. Они одни могут сами зажать весь грузовой отвал; Я протестировал пару, которые пережили (5) 100-вольтовые разряды подряд, с интервалом около 10 секунд между каждым.

Математика, стоящая за ней, для меня несколько туманная, поскольку цифры, приведенные в таблицах данных, не выглядят так, как будто они предназначены для переходных процессов медленнее, чем 60 Гц. Номинальная мощность 5 кВт для импульса в 1 мс, который, очевидно, составляет всего 5 Дж.

Пиковая энергия, которую он рассеивает, будет (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, но она будет уменьшаться примерно экспоненциально до нуля с tc около 300 мсек. Если мы просто назовем это треугольником (очень консервативным), это так 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Если мы экстраполируем номинальную кривую на рисунке 1 в таблице данных 5KP, это говорит о том, что импульс 100 мс может иметь максимальную номинальную мощность 1000 Вт или общую энергию 100 Дж и даже больше энергии, если мы размазываем ее дальше, поэтому мы Находится в парке для игр с двумя из них параллельно, и испытания, похоже, подтвердили это.

Техническое описание Littelfuse серии 5KP, рисунок 1

Если бы вы хотели что-то лучше, я бы придумал уравнение для кривой и дал бы ему асимптоту при максимальном стационарном рассеянии (8 Вт ... хотя это может не иметь значения), а затем сделал бы некоторую интеграцию с этим за ваш пульс, чтобы увидеть, сколько рейтинга вы используете: P

Вот как вы можете защитить себя от автомобильной нагрузки

https://www.analog.com/en/products/lt4356-1.html