如何防止汽车负载突降?

电器工程 保护 汽车 电视
2022-01-13 03:09:39

发电机正在向其输送电流的负载突然断开时,就会发生负载突降。在汽车电子设备中,这适用于在交流发电机充电时断开电池的连接。这个 65 美元的 SAE 文件中显然对它进行了很好的描述;维基百科声称它可以“高达 120 V,并且可能需要长达 400 毫秒才能衰减”该文档声称 12V 系统转储可高达 87V 和 400ms 长:

       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

最后链接的文档还有一个表格,列出了 TVS(瞬态电压抑制器)能量吸收,如下所示:

表 2 - 吸收的能量 [J](V钳位=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

现在,我想钳位远低于 45V(比如 20V),并想重新计算这些值。作者写道:

这揭示了公式:

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

...并更新表格如下:

吸收能量 [J](V钳位=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

这给出了 781J 的最大值。我做对了吗?我的 TVS 系统必须吸收高达 ~800J,通过近 30A?尽管除了 130A+ 交流发电机外,它还可以用于多达 6 个并联半卡车电池(每个约 100AH)。(源电阻会不会甚至低于0.5Ω?)TVS元件的哪些组合可以有效地通过800J,而不会大大超出其钳位电压,是什么使它比其他解决方案更有效?

我正在保护低压数字和模拟电路,它们也有自己的电源滤波。

2个回答

我无法与 SAE J1113 交谈,但对于 SAE J1455(12-V 重型卡车,负载应该更大),负载突降定义为 100 V 峰值,下降时间约为 0.6 秒,阻抗约为 0.6 Ω,这是一个痛苦的经历。

两种广泛的生存方法是

  • 断开自己并让它通过:

这通常更可取且更便宜。负载突降属于许多设备预计不会在其期间运行的一类故障(与耦合感应瞬变不同),因此除非您是一些关键设备(ABS、ECU),否则您可以在看到时关闭并重置负载转储。

从广义上讲,要做到这一点,您可以在输入端安装一个齐纳二极管,一旦它发生故障并开始导通,就会切换一些传输晶体管以完全断开自己的连接。显然,您的传输晶体管将具有一定的额定电压,因此仍然需要选择 TVS(见下文),但它不必钳位接近尽可能多的电压、能量和功率。

  • 夹住整个东西。

正如您所提到的,这对于 TVS 也是很有可能的,然后这实际上取决于您想要夹住它的难度。如果您对 75 V 的通过感到满意,我想我已经看到使用 500 W SMC。如果您希望它几乎从未发生过,您可以按照我所见并并行使用 (2) 5 kW 5KP22CA TVS。他们可以自己钳制整个负载突降;我已经测试了一对在连续 (5) 次 100 V 转储中幸存下来的一对,每次之间相隔约 10 秒。

它背后的数学对我来说有点模糊,因为数据表上提供的数字似乎并不适用于低于 60 Hz 的瞬态。5 KW 额定值适用于 1 ms 脉冲,显然只有 5 J。

它耗散的峰值能量将为(100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W,但这将大致呈指数衰减至零,tc 约为 300 毫秒。如果我们只是称其为三角形(非常保守),它就是0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. 如果我们推断 5KP 数据表上的图 1 额定曲线,它表明 100 ms 脉冲可以具有 1000 W 的最大额定功率,或 100 J 的总能量,如果我们进一步涂抹它,能量甚至更多,所以我们重新在球场与其中 2 个平行,测试似乎很无聊。

Littelfuse 5KP 系列 TVS 数据表,图 1

如果你想要更好的东西,我会想出一个曲线方程,并在最大稳态耗散处给它一个渐近线(8 W ......虽然这可能没有什么区别),然后与它做一些整合在你的脉搏上看看你用了多少评级:P

这是防止汽车负载突降的方法

LT4356“浪涌抑制器”数据表

他们说

LT®4356 浪涌抑制器保护负载免受高压瞬变的影响。它通过控制外部 N 沟道 MOSFET 的栅极来调节过压事件期间的输出,例如汽车中的负载突降。输出被限制在一个安全值,从而允许负载继续运行。LT4356 还监视 VCC 和 SNS 引脚之间的压降,以防止出现过流故障。一个内部放大器将电流检测电压限制在 50mV。在任何一种故障情况下,都会启动一个与 MOSFET 应力成反比的定时器。如果定时器到期,FLT 引脚拉低以警告即将断电。如果这种情况持续存在,则 MOSFET 将关闭。经过一段冷却期后,GATE 引脚上拉再次开启 MOSFET。

在此处输入图像描述

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