Come proteggo da una discarica di carico automobilistica?

Una discarica si verifica quando il carico a cui un generatore sta erogando corrente viene improvvisamente disconnesso. Nell'elettronica automobilistica, questo vale per scollegare una batteria mentre viene caricata dall'alternatore. Apparentemente è ben descritto in questo documento SAE da $ 65 ; Wikipedia afferma che può essere "alto fino a 120 V e può richiedere fino a 400 ms per il decadimento" . Questo documento afferma che un dump del sistema a 12 V può arrivare a 87 V e 400 ms di lunghezza:

       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

L'ultimo documento collegato ha anche una tabella che elenca l'assorbimento di energia TVS (Transient Voltage Suppressor), come segue:

Tabella 2 - Energia [J] assorbita ( _{morsetto a} V = 45 V )

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

Ora, voglio bloccare molto più in basso di 45 V (diciamo 20 V) e vorrei ricalcolare questi valori. L'autore scrive:

• Calcolato utilizzando il metodo di cui all'allegato E.1.1. (E) dove R _i = R _L (per il massimo trasferimento di potenza).

Questo rivela la formula:

W _e = (U _s ) ^{2 _x} t _d / R _i / 4.6

... E aggiorna la tabella come segue:

Energia [J] assorbita ( _{morsetto a} V = 20 V )

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

Questo dà un valore massimo di 781J. L'ho fatto correttamente? Il mio sistema TVS deve assorbire fino a ~ 800J, passando quasi 30A? Sembra un bel po ', anche se sarà per un massimo di 6 batterie per camion semi parallele (~ 100AH ​​ciascuna) oltre al suo alternatore da 130A +. (La resistenza della sorgente potrebbe anche essere inferiore a 0,5Ω?) Quale combinazione di elementi TVS può effettivamente superare 800J senza violare di molto la sua tensione di serraggio e cosa la rende più efficace di altre soluzioni?

_{Sto proteggendo i circuiti digitali e analogici a bassa tensione, che hanno anche un proprio filtro di potenza.}

Non posso parlare con SAE J1113, ma per SAE J1455 (camion pesante a 12 V, dove i carichi dovrebbero essere più grandi) la discarica del carico è definita come un picco di 100 V con tempo di caduta di circa 0,6 s e impedenza di ~ 0,6 Ω, che è un dolore da vivere.

I due grandi metodi per sopravvivere sono entrambi

• Disconnettiti e lascialo passare:

Che di solito è preferibile ed economico. I dump del carico rientrano in una classe di guasti durante i quali non è previsto il funzionamento di molti dispositivi (diversamente dai transitori induttivi accoppiati), quindi a meno che non si tratti di un dispositivo critico (ABS, ECU), è possibile arrestare e ripristinare quando si vede una discarica di carico.

In termini molto generali, per fare ciò potresti avere un diodo Zener sul tuo ingresso, dove una volta che si rompe e inizia a condurre, commuta un transistor di passaggio per disconnetterti completamente. Ovviamente il tuo transistor di passaggio avrà una certa tensione nominale, quindi è ancora necessario selezionare un TVS (vedi di seguito), ma non dovrà bloccarsi da nessuna parte vicino a tanta tensione, energia e potenza.

• bloccare il tutto.

Questo è anche del tutto possibile con TVS come dici tu, e quindi dipende davvero da quanto forte vuoi bloccarlo. Se stai bene con 75 V, penso di aver visto SMC da 500 W. Se lo vuoi come se non fosse successo quasi nulla, puoi fare come ho visto e usare (2) TVS 5KP22CA da 5 kW in parallelo. Solo loro possono bloccare da soli l'intero scarico del carico; Ho testato una coppia che è sopravvissuta a (5) discariche da 100 V di fila, a circa 10 secondi di distanza tra ciascuna.

La matematica dietro di me è un po 'confusa per me, dato che le cifre fornite nei fogli dati non sembrano essere pensate per i transitori più lenti di 60 Hz. La valutazione di 5 KW è per un impulso di 1 ms, che ovviamente è solo 5 J.

L'energia di picco che dissipa sarà (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, ma questo decadrà all'incirca in modo esponenziale a nulla con un tc di circa 300 msec. Se lo chiamiamo semplicemente un triangolo (molto conservativo), lo è 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Se estrapoliamo la curva di valutazione della Figura 1 sul foglio dati 5KP, suggerisce che un impulso di 100 ms può avere una potenza massima di 1000 W, o energia totale di 100 J, e ancora più energia se la spalmiamo ulteriormente, quindi ' sei nel parco palla con 2 di loro in parallelo e i test sembrano annoiarlo.

Scheda tecnica TVS serie 5KP di Littelfuse, figura 1

Se volessi qualcosa di meglio, troverei un'equazione per la curva e gli darei un asintoto alla massima dissipazione di stato stazionario (8 W ... anche se questo potrebbe non fare la differenza), quindi fare un po 'di integrazione con quello sopra il polso per vedere quanta parte della valutazione usi: P

Ecco come proteggerti da una discarica di carico automobilistica

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