无法在负载下实现适当 TVS 时的继电器保护

电器工程 中继 浪涌保护 电视
2022-01-07 03:32:21

我目前正在开发一种产品,它有一个可以由操作员控制的简单 SPDT 继电器。对最终用户来说,只有普通、常开和常闭触点可用。继电器由我们设备中的电路驱动,该电路具有适当的反激二极管。

最近,我们的一个原型单元出现问题,技术人员将继电器直接连接到感应负载,没有任何形式的瞬态电压抑制,这导致我们的无线通信由于 EMI 被击倒,并且可能还导致接触拱形。

在确定问题是由于感应尖峰造成的之后,通过将适当的反激二极管连接到负载来快速解决问题。

虽然在这种情况下,我们可以控制所连接的负载,但这让我意识到,我无法相信我们的最终用户在使用我们的电感负载产品时会安装适当的瞬态电压抑制设备,无论警告和我们可以提供的典型应用示意图。

现在,显然有许多解决感应尖峰问题的方法,但是该设备必须工作的特定情况使得实现 TVS 变得非常棘手:

1) 继电器是通用 SPDT 继电器,额定电压为 250VAC/120VAC @ 10A 或 30VDC 8A。这意味着 TVS 电路必须能够处理 AC(电源或非电源)和 DC,以及高达 10A 的电流。这使得无法找到 PTC 保险丝,因为大多数保险丝无法处理电源电压,尤其是 10A 的保险丝。

2)设备将安装在无法更换任何东西的地方,安全是我们的主要关注点。如果客户没有安装保险丝并且继电器发生短路故障(这种情况很少见,但可能会发生),他们很可能会责怪我们。这也意味着我不能使用 MOV、气体放电管或任何其他寿命有限的 TVS 设备。

3) 任何 TVS 设备都不得发生短路故障,如果发生短路,我必须确保保护负载免受此类短路的影响。

我尝试了一个 RC 缓冲网络的模拟,但仅这些对于足够大的感应负载无济于事。此外,使用更大的电容器意味着在使用交流电时会有更多的损耗。理想情况下,1nF 将提供足够的阻抗(高于 1Mohm @ 50/60Hz)以使任何损失都变得微不足道。 在此处输入图像描述

这是具有大电感负载的仿真结果。更改电阻器和电容器值只会影响振荡稳定下来的时间,而不影响峰值电压,这肯定会杀死任何电阻器或电容器,或使触点产生电弧。

背靠背齐纳二极管与 RC 缓冲网络一起有效地限制了电压尖峰,但由于它们必须阻断电源电压,因此它们必须阻断的不仅仅是 aprox。350V(电源峰值电压)直到它们开始导电,我担心这仍然是一个足够高的峰值,足以杀死附近的任何无线通信与 EMI。

在此处输入图像描述

那么,在这种情况下,我完全没有希望了吗?

在这种情况下我可以使用其他 TVS 设备/技术吗?如果是这样,我能否保证它们不会短路,或者至少我能够防止短路的 TVS 设备?

或者只是一个 RC 缓冲器实际上是解决这个问题的好方法?如果是这样,为什么?我怎样才能为此选择合适的零件?

请记住,我无法访问实际负载,并且我无法对用户如何连接负载做出任何假设。

2个回答

我在 TVSS 行业度过了过去 15 年。您遵循 UL 和 ISO 标准的要求并添加标签以警告客户疏忽或滥用可能导致保修失效。

说了这么多,对于你给出的评级,我会用一个 40 毫米的 MOV 来运送它,它在 NO 和 NC 连接(总共 2 个 MOV)上至少有 10 kA 或 20 kA 275 VAC 的额定值。它将在 420 VAC/DC 左右进行硬钳位。一个非常昂贵的解决方案是使用巨型 sidac,它们在最大允许电压下会急剧下降。275 VAC/DC 就是这个意思,但它们每个售价 40 美元。

我也会考虑保护继电器线圈“反冲”,但二极管或 20mm MOV 可以正常工作。

那里有热保护MOV(TPMOV),但不适用于OTC销售。获得第三方供应商进行浪涌抑制将非常昂贵,因为这些产品的劳动力成本很高。

我会首先尝试 40mm 275 VAC/DC MOV。它们可以承受 15 个 20 kA 的“击中”(超过 2 小时)并且仍然通过 1 mA 测试。

缓冲器:交流电路上的 RC 缓冲器不是一个好主意,因为即使继电器处于关闭状态,它们也允许少量交流电流绕过继电器。不知道最终用户将使用交流电还是直流电意味着要安全行事并避免使用它们。他们不能做 MOV 或 Sidac 所做的事情。

注意: MOV 和 Sidacs 只能看到反冲或浪涌电流,它是 20 uS 左右的短暂尖峰。他们看不到正常的运行电流,因为它们处于非常高的电阻模式。只有继电器触点才能看到“运行”电流。

如果“浪涌”电流正在焊接触点,那么您需要一个具有更高触点电流额定值的继电器。添加 50% 的安全裕度以延长使用寿命。如果可能,请使用防潮继电器。

加工橙汁等柠檬酸产品的工厂具有酸性气氛,会迅速腐蚀钢和铜。

保险丝:我应该补充一点,适用于 40 毫米 MOV 或大型 Sidac 的保险丝是 30 安培 600 伏 200 kA 额定保险丝。它们一盒十个,价格约为 50 美元。它们不是便宜的保险丝,因为它们是用打孔的铂条制成的,专门用于快速击穿严重的浪涌,但可以承受电机启动电流。您可以使用串联锁定保险丝座。这些符合 UL1449 第 3 版和第 4 版熔断 40 毫米 MOV 的规范。正确保险丝的链接:

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf

最近我们的一个原型单元出现问题,技术人员将继电器直接连接到电感负载,没有任何类型的瞬态电压抑制......

您可以使用金属氧化物压敏电阻 (MOV) 保护继电器,但除此之外,您无能为力,这不会消除它作为继电器的优势。

我建议您通过明确说明它是控制继电器而不是功率继电器来更改您的规格。我对最大额定负载非常保守。