Como me protejo contra um despejo de carga automotiva?

Um despejo de carga ocorre quando a carga na qual um gerador está fornecendo corrente é abruptamente desconectada. Na eletrônica automotiva, isso se aplica à desconexão de uma bateria enquanto ela está sendo carregada pelo alternador. Aparentemente, está bem descrito neste documento de US $ 65 da SAE ; A Wikipedia afirma que pode chegar a "120 V e levar até 400 ms para se deteriorar" . Este documento afirma que um dump de sistema de 12V pode ter até 87V e 400ms de comprimento:

       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

O último documento vinculado também possui uma tabela listando a absorção de energia do TVS (supressor de voltagem temporária), como segue:

Tabela 2 - Energia [J] absorvida ( _grampo V = 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

Agora, quero prender muito mais baixo que 45V (digamos 20V) e gostaria de recalcular esses valores. O autor escreve:

• Calculado utilizando o método indicado no anexo E.1.1. (E) em que R _i = R _L (para transferência máxima de potência).

Isso revela a fórmula:

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

... E atualiza a tabela da seguinte maneira:

Energia [J] absorvida ( _braçadeira V = 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

Isso fornece um valor máximo de 781J. Eu fiz isso corretamente? Meu sistema de TVS deve absorver até ~ 800J, passando quase 30A? Parece muito, embora seja para até 6 baterias de caminhões semi-paralelos (~ 100AH ​​cada), além de seu alternador de 130A +. (A resistência da fonte pode ser ainda menor que 0,5Ω?) Que combinação de elementos TVS pode efetivamente passar 800J sem violar muito a tensão de fixação e o que a torna mais eficaz do que outras soluções?

_{Eu estou protegendo os circuitos digitais e analógicos de baixa tensão, que também têm seu próprio filtro de energia.}

Não posso falar com a SAE J1113, mas para a SAE J1455 (caminhão pesado de 12 V, onde as cargas devem ser maiores), o despejo de carga é definido como um pico de 100 V com cerca de ~ 0,6 s de tempo de queda e ~ 0,6 Ω de impedância, o que é uma dor para se viver.

Os dois métodos gerais para sobreviver são:

• Desconecte-se e deixe passar:

O que geralmente é preferível e mais barato. Os despejos de carga estão em uma classe de falhas que muitos dispositivos não devem operar durante (diferentemente dos transitórios indutivos acoplados); portanto, a menos que você seja um dispositivo crítico (ABS, ECU), poderá desligar e redefinir quando vir um despejo de carga.

Em termos gerais, para fazer isso, você pode ter um diodo Zener em sua entrada, onde, quando ele quebra e começa a ser conduzido, alterna um transistor de passagem para se desconectar completamente. Obviamente, seu transistor de passagem terá alguma classificação de voltagem, portanto, a seleção de um TVS ainda é necessária (veja a seguir), mas não será necessário prender em lugar algum perto de tanta voltagem, energia e potência.

• prenda a coisa toda.

Isso também é possível com o TVS, como você mencionou, e depende realmente de quanto você deseja prendê-lo. Se você está bem com 75 V chegando, acho que já vi 500 W SMCs usados. Se você quiser que quase nada tenha acontecido, faça o que já vi e use (2) 5KW 5KP22CA TVS em paralelo. Só eles podem prender a carga inteira; Eu testei um par que sobreviveu (5) a 100 V despejos seguidos, com cerca de 10 segundos de diferença entre cada um.

A matemática por trás disso é um pouco nebulosa para mim, pois as figuras fornecidas nas folhas de dados não parecem ter sido destinadas a transientes mais lentos que 60 Hz. A classificação de 5 KW é para um pulso de 1 ms, que obviamente é de apenas 5 J.

O pico de energia que ele dissipa será (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, mas isso decairá exponencialmente para nada com um tc de cerca de 300 ms. Se chamarmos isso de triângulo (muito conservador), é 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Se extrapolarmos a curva de classificação da Figura 1 na folha de dados de 5KP, isso sugere que um pulso de 100 ms pode ter uma classificação máxima de potência de 1000 W ou energia total de 100 J, e ainda mais energia se a borrarmos ainda mais, então nós ' re no parque de bola com 2 deles em paralelo e testes parecem aguentar.

Folha de dados do TVS da série 5KP da Littelfuse, Figura 1

Se você quisesse algo melhor, eu sugeriria uma equação para a curva e daria uma assíntota na dissipação máxima no estado estacionário (8 W ... embora isso possa não fazer diferença), então faça alguma integração com essa sobre o pulso para ver quanto da classificação você usa: P

Aqui está como você pode se proteger contra um despejo de carga automotiva

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