¿Cómo me protejo contra un volcado de carga automotriz?

Navega tus respuestas
9

Un volcado de carga se produce cuando la carga a la que un generador entrega la corriente se desconecta abruptamente. En la electrónica automotriz, esto se aplica a la desconexión de una batería mientras está siendo cargada por el alternador. Aparentemente está bien descrito en este documento de $ 65 SAE ; Wikipedia afirma que puede ser "tan alto como 120 V y puede tardar hasta 400 ms en descomponerse" . Este documento afirma que un volcado de sistema de 12V puede ser tan alto como 87V y 400ms de largo: 

       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

El último documento vinculado también tiene una tabla con la absorción de energía de TVS (supresor de voltaje transitorio), de la siguiente manera:

  

Tabla 2 - Energía [J] absorbida (V pinza = 45V) 

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

Ahora, quiero fijar mucho menos que 45V (digamos 20V), y me gustaría recalcular estos valores. El autor escribe:

  
  • Calculado utilizando el método dado en Anexo E.1.1. (e)   donde R i = R L (para la máxima transferencia de potencia).
    •   

Esto revela la fórmula:

  

W e = (U s ) 2 x t d / R i / 4.6

... Y actualiza la tabla de la siguiente manera:

Energía [J] absorbida (V pinza = 20V) 

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

Esto da un valor máximo de 781J. ¿Hice esto correctamente? ¿Mi sistema de TV debe absorber hasta ~ 800J, pasando cerca de 30A? Parece un montón de cosas, aunque será para un máximo de 6 baterías de camión semi paralelas (~ 100AH cada una) además de su alternador 130A +. (¿La resistencia de la fuente podría ser incluso inferior a 0.5Ω?) ¿Qué combinación de elementos de TVS puede pasar de forma efectiva 800J sin violar mucho su voltaje de sujeción, y qué la hace más efectiva que otras soluciones?

Estoy protegiendo los circuitos digitales y analógicos de bajo voltaje, que también tienen su propio filtro de potencia.

    
pregunta tyblu

2 respuestas

10

No puedo hablar con SAE J1113, pero para SAE J1455 (camión pesado de 12 V, donde las cargas deberían ser más grandes), el volcado de carga se define como un pico de 100 V con aproximadamente ~ 0.6 s de tiempo de caída y ~ 0.6 Ω la impedancia, que es un dolor para vivir.

Los dos métodos generales para sobrevivir son los siguientes:

  • Desconéctate y deja que pase:

Lo que suele ser preferible y más barato. Los volcados de carga están en una clase de fallas por las que no se espera que muchos dispositivos operen durante (a diferencia de los transitorios inductivos acoplados), por lo que, a menos que sea un dispositivo crítico (ABS, ECU), puede apague y reinicie cuando vea un volcado de carga.

En términos generales, para hacer esto, podría tener un diodo Zener en su entrada, donde una vez que se rompe y comienza a conducir, cambia algunos transistores de paso para desconectarse por completo. Obviamente, su transistor de paso tendrá una clasificación de voltaje, por lo que aún es necesario seleccionar un TVS (ver a continuación), pero no tendrá que sujetar en ningún lugar cerca de tanta tensión, energía y energía.

  • sujeta todo.

Esto también es bastante posible con TVS como lo mencionas, y luego realmente depende de qué tan duro quieras sujetarlo. Si estás de acuerdo con la llegada de 75 V, creo que he visto 500 W de SMC usados. Si desea que no ocurra casi nada, puede hacer lo que he visto y usar (2) 5 kW 5KP22CA TVS en paralelo. Solo ellos pueden sujetar todo el volcado de carga ellos mismos; He probado un par que sobrevivió (5) volcados de 100 V seguidos, con una diferencia de 10 segundos entre cada uno.

La matemática subyacente es algo confusa para mí, ya que las cifras proporcionadas en las hojas de datos no parecen haber sido diseñadas para transitorios a una velocidad inferior a 60 Hz. La clasificación de 5 KW es para un pulso de 1 ms, que obviamente es de solo 5 J.

La energía máxima que disipa será (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W , pero esto decaerá aproximadamente exponencialmente a nada con un tc de aproximadamente 300 ms. Si solo llamamos a eso un triángulo (muy conservador), es 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J . Si extrapolamos la curva de clasificación de la Figura 1 en la hoja de datos de 5KP, sugiere que un pulso de 100 ms puede tener una potencia máxima de 1000 W, o una energía total de 100 J, e incluso más energía si la eliminamos aún más, por lo que Re en el parque de pelota con 2 de ellos en paralelo y las pruebas parecen aburrirlo.

  

Littelfuse Hoja de datos de TVS de la serie 5KP, Figura 1   

Si quisiera algo mejor, obtendría una ecuación para la curva y le daría una asíntota en la máxima disipación en estado estacionario (8 W ... aunque eso no haga una diferencia), luego haga algo. integración con eso sobre su pulso para ver cuánto de la calificación usa: P

    
respondido por el Nick T
4

Aquí es cómo puede protegerse contra un volcado de carga automotriz

enlace

    
respondido por el BullBoyShoes

Lea otras preguntas en las etiquetas

Cómo enfriar los componentes electrónicos cuando el aire está siempre caliente La mejor solución para obtener 3.3V de 5V-20V a 250mA