Wie schütze ich mich vor einem Kfz-Ladedump?

Ein Lastabwurf tritt auf, wenn die Last, an die ein Generator Strom liefert, abrupt getrennt wird. In der Automobilelektronik gilt dies für das Trennen einer Batterie, während diese von der Lichtmaschine geladen wird. Es ist anscheinend in diesem 65-Dollar-SAE-Dokument gut beschrieben ; Wikipedia behauptet, es könne "bis zu 120 V hoch sein und es könne bis zu 400 ms dauern, bis es abfällt" . In diesem Dokument wird behauptet, dass ein 12-V-System-Dump bis zu 87 V und 400 ms lang sein kann:

       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

Das letzte verknüpfte Dokument enthält auch eine Tabelle, in der die Energieabsorption von TVS (Transient Voltage Suppressor) wie folgt aufgeführt ist:

Tabelle 2 - Energie [J] absorbiert (V- _Klemme = 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

Jetzt möchte ich viel weniger als 45 V (z. B. 20 V) klemmen und diese Werte neu berechnen. Der Autor schreibt:

• Berechnet nach der in Anhang E.1.1 angegebenen Methode . (E) wobei R _i = R _L (für maximale Leistungsübertragung).

Dies zeigt die Formel:

W _e = (U _s ) ^{2 _×} t _d / R _i / 4,6

... und aktualisiert die Tabelle wie folgt:

Energie [J] absorbiert (V- _Klemme = 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

Dies ergibt einen Maximalwert von 781J. Habe ich das richtig gemacht? Mein TVS-System muss bis zu ~ 800J absorbieren und fast 30A passieren? Es scheint eine Menge zu sein, obwohl es zusätzlich zu seiner 130A + Lichtmaschine für bis zu 6 parallele Sattelzugbatterien (jeweils ~ 100AH) geeignet ist. (Könnte der Quellenwiderstand sogar unter 0,5 Ω liegen?) Welche Kombination von TVS-Elementen kann 800 J effektiv passieren, ohne die Klemmspannung wesentlich zu verletzen, und was macht sie effektiver als andere Lösungen?

_{Ich schütze digitale und analoge Niederspannungsschaltungen, die auch eine eigene Leistungsfilterung haben.}

Ich kann nicht mit SAE J1113 sprechen, aber für SAE J1455 (12-V-Schwerlastwagen, bei dem die Lasten größer sein sollten) ist der Lastabwurf als 100-V-Spitze mit einer Abfallzeit von ca. 0,6 s und einer Impedanz von ~ 0,6 Ω definiert. Das ist ein Schmerz, den man durchleben muss.

Die zwei allgemeinen Überlebensmethoden sind entweder

• Trennen Sie sich und lassen Sie es passieren:

Welches ist in der Regel vorzuziehen und billiger. Load Dumps gehören zu einer Klasse von Fehlern, bei denen von vielen Geräten kein Betrieb erwartet wird (im Gegensatz zu gekoppelten induktiven Transienten). Wenn Sie also kein kritisches Gerät (ABS, ECU) sind, können Sie das Gerät herunterfahren und zurücksetzen, wenn Sie es sehen ein Load Dump.

Ganz allgemein gesagt, könnten Sie dazu eine Zenerdiode an Ihrem Eingang haben, die, sobald sie zusammenbricht und zu leiten beginnt, einen Durchgangstransistor schaltet, um sich vollständig zu trennen. Offensichtlich hat Ihr Durchgangstransistor eine gewisse Nennspannung, sodass die Auswahl eines Fernsehgeräts weiterhin erforderlich ist (siehe unten), aber nicht annähernd so viel Spannung, Energie und Leistung klemmen muss.

• klemme das Ganze fest.

Dies ist auch mit TVS durchaus möglich, wie Sie bereits erwähnt haben, und dann hängt es wirklich davon ab, wie stark Sie es klemmen möchten. Wenn es Ihnen gut geht, wenn 75 V durchkommen, habe ich wahrscheinlich 500-W-SMCs verwendet. Wenn Sie möchten, dass fast nichts passiert ist, können Sie das tun, was ich gesehen habe, und (2) 5 kW 5KP22CA-Fernseher parallel verwenden. Sie allein können den gesamten Ladedump selbst festklemmen; Ich habe ein Paar getestet, das (5) 100-V-Dumps hintereinander im Abstand von jeweils etwa 10 Sekunden überlebt hat.

Die Mathematik dahinter ist für mich etwas verschwommen, da die auf den Datenblättern angegebenen Zahlen nicht so aussehen, als wären sie für Transienten gedacht, die langsamer als 60 Hz sind. Die 5-KW-Leistung gilt für einen 1-ms-Impuls, der offensichtlich nur 5 J beträgt.

Die Spitzenenergie, die es ableitet, wird sein (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, aber diese wird mit einer tc von ungefähr 300 ms ungefähr exponentiell zu nichts abfallen. Wenn wir das nur ein Dreieck nennen (sehr konservativ), dann ist es das 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Wenn wir die Bewertungskurve in Abbildung 1 auf dem 5KP-Datenblatt extrapolieren, deutet dies darauf hin, dass ein 100-ms-Impuls eine maximale Nennleistung von 1000 W oder eine Gesamtenergie von 100 J und noch mehr Energie haben kann, wenn wir ihn weiter verschmieren. Ich bin mit 2 parallel im Ballpark und Tests scheinen es zu bestätigen.

TVS-Datenblatt der Littelfuse 5KP-Serie, Abbildung 1

Wenn Sie etwas Besseres wollten, würde ich mir eine Gleichung für die Kurve ausdenken und ihr eine Asymptote bei maximaler Verlustleistung im stationären Zustand (8 W ... obwohl dies möglicherweise keinen Unterschied macht) geben und dann eine Integration damit durchführen über Ihren Puls, um zu sehen, wie viel von der Bewertung Sie verbrauchen: P.

So können Sie sich vor einem Kfz-Ladedump schützen

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