Jump to content

    
Sign in to follow this  
pr0m

Защита входа БП (номинальные ~380VAC)

Recommended Posts

Добрый день!

Имеется БП вход 380VAC, выход 2.5kW (структурно: выпр.мост-ККМ-DC/DC).

По ТЗ должен противостоять регулярному воздействию бяки из названия топика (вплоть до присутствия этого выброса до 2кВ в каждом полупериоде вх. напряжения), с целью защиты ключа ККМ, электролита ККМ, ключей DC/DC.

Стандартные решения в виде варистров-разрядников видятся неприменимыми из-за высокой энергии (1...2мс) этих выбросов.

Ход моих мыслей:

Стал рассматривать варианты разрыва питающей сети при возникновении выброса, причём 2 варианта расположения разрывающей цепи:

1) по переменке (до моста)

2) по постоянке (после моста)

а требования к "разрыватору" получаются такими:

- достаточно высокое быстродействие, вероятно, раз в 10 быстрее постоянной времени контура Lккм+Cккм, (до 100...200мкс - отпадают реле, контакторы)

- возможность разорвать цепь в произвольный момент (отпадают симисторы в варианте по переменке)

В остатке из элементной базы остаются

- MOSFET-ы - нет на напряжения 2...2.5кВ и велико RDS при токах 6...10А

- GCT, IGCT - рассчитаны на более серьёзные мощности

- IGBT, тут 2 варианта - ставить по постоянке после моста (на 2.5кВ с наличием на складах в России проблема, но могут привезти вроде этого IXLF19N250A), или встречно-параллельно 2шт RB IGBT по переменке - но этот тип IGBT, я так понял, пока только в проекте у производителей, да и управление ими требует 2-х изолир. драйверов. Хотя вариант по переменке привлекателен тем, что можно использовать мост на более низкое напряжение.

 

Т.е. выбор, при всём богатстве выбора, оказывается невелик?

 

Решал ли кто-нибудь похожую задачу, какие может быть ещё варианты я не учёл?

Edited by pr0m

Share this post


Link to post
Share on other sites
По ТЗ должен противостоять регулярному воздействию бяки из названия топика (вплоть до присутствия этого выброса до 2кВ в каждом полупериоде вх. напряжения), с целью защиты ключа ККМ, электролита ККМ, ключей DC/DC.

 

Заложите емкость и дроссель ККМ побольше, причем дроссель должен держать на пробой 2кВ-Uout - и Вам останется защитить только входной диодный мост.

 

Вообще, я бы заложил комплектацию по максимуму (на напряжение 1-1,5 kV), а все, что выше - давил бы классическими RLC + варисторы, сапрессоры - т.к., если у Вас "вплоть до присутствия этого выброса до 2кВ в каждом полупериоде вх. напряжения" - как источник себя чувствовать будет, если его каждый полупериод от сети отключать? Кроме того, непонятна скорость нарастания этих киловольт - будет ли успевать Ваша отключалка?

 

Если все-таки будете отключать сеть - лучше рвать в звене переменного тока (перед диодным мостом).

Share this post


Link to post
Share on other sites

"Разрываторы" - тупиковый путь, по моему мнению.

Почитайте про трехступенчатую систему защиты по ограничению перенапряжений в сети. У Хакеля например есть такие статьи.

Согласно такому подходу у вас должны быть грозоразрядники, отсекающие слишком высокое напряжение, далее дросселя и защитные элементы более низкого уровня напряжения, и наконец последняя третья ступень. Таким образом мощность размазывается на несколько элементов. Может быть стоит рассмотреть многоступенчатый фильтр на входе.

Варисторы и грозоразрядники есть на весьма значительную энергию - "не выкрутишь за день - устанет рука" :)))

В конце-концов можно по питанию поставить полипропиленовые самовосстанавливающиеся кондесаторы типа К78-98.

У них есть значительный запас и по напряжению и емкость неплохая, чтобы проглотить выбросы.

Правда как они подружатся с вашим ККМ будет известно только вам. :)

Edited by x-men

Share this post


Link to post
Share on other sites
Заложите емкость и дроссель ККМ побольше, причем дроссель должен держать на пробой 2кВ-Uout - и Вам останется защитить только входной диодный мост.

Именно так, в лоб, я и пытался поначалу поступить. Однако моделирование говорит, что при длительности выброса 1...2мс даже используя 2мГн вместо достаточных 200мкГн и в 2 раза большей ёмкости напряжение успевает срезонировать до неприличных величин 1000...1500В, как нагружен. К тому же массо-габаритные вопросы не на последнем месте..

 

 

Вообще, я бы заложил комплектацию по максимуму (на напряжение 1-1,5 kV), а все, что выше - давил бы классическими RLC + варисторы, сапрессоры - т.к., если у Вас "вплоть до присутствия этого выброса до 2кВ в каждом полупериоде вх. напряжения" - как источник себя чувствовать будет, если его каждый полупериод от сети отключать?

Тоже задаюсь этим вопросом, что там ККМ кэкээмить будет при такой свистопляске. При достаточной емкости на выходе ККМ 2мс провал в принципе не страшен, нижеидущий DC/DС переварит.

Кроме того, непонятна скорость нарастания этих киловольт - будет ли успевать Ваша отключалка?

А вот это тайна, покрытая мраком. Заказчик опирается на проведённые некогда на одном проблемном ж/д участке исследования, сделанные по сомнительным методикам, но за неимением других данных заложил самые пессимистические данные в ТЗ. Особенно учитывая сведения, что в аналогичной системе питания IGBT-шные сборки BSM50GB120DLS на 1200В во полумосту DC/DC (без PFC) вылетали с криком ура неприлично часто.

По поводу успевать: опасность представляет напряжение на вых. электролите ККМ, оно же = напряжение на ключе ККМ, оно же = напряжение на ключах DC/DC, а скорость нарастания на нём связана с пост. времени инд-ти ККМ и его емкости, так что, полагаю, это не проблема ( "обводной" диод, тот что в обход дросселя ККМ сразу после моста на электролит, предполагаю не ставить, а для плавного старта реле-резистор в параллель, так что дроссель не насытится).

 

 

Если все-таки будете отключать сеть - лучше рвать в звене переменного тока (перед диодным мостом).

Согласен, что это правильней, по неск. причинам. Но, как я упоминал, большой вопрос в элементной базе.

А пока как-то так (схема ниже):

 

 

"Разрываторы" - тупиковый путь, по моему мнению.

Почитайте про трехступенчатую систему защиты по ограничению перенапряжений в сети. У Хакеля например есть такие статьи.

Варисторы и грозоразрядники есть на весьма значительную энергию - "не выкрутишь за день - устанет рука" :)))

В конце-концов можно по питанию поставить полипропиленовые самовосстанавливающиеся кондесаторы типа К78-98.

У них есть значительный запас и по напряжению и емкость неплохая, чтобы проглотить выбросы.

Спасибо, почитаю.

Касаемо кондёров, самовосстановлением также обладают и MKP, CBB, и, видимо ещё много каких других металлоплёночных, но эта способность не безгранична, надо полагать, с каждым пробоем-восстановлением ёмкость его падает, и в конце концов он спечётся весь. Не для того они, имхо.

 

Резюмирую: все немногие ответившие склоняют к RLC+поглотители(варистроы-газоразрядники-суппрессоры). Буду пробовать.

 

Буду премного благодарен, если бы кто-нибудь ткнул носом в практический кусок схемы, как основу, дабы не изобретать велосипед.

post-6233-1364990681_thumb.jpg

Edited by pr0m

Share this post


Link to post
Share on other sites
Буду премного благодарен, если бы кто-нибудь ткнул носом в практический кусок схемы, как основу, дабы не изобретать велосипед.

 

Смотрите устройства грозозащиты систем питания для телефонии. Кроме того, у Epcos'а в аппликухах для, по-моему, газовых разрядников, была подробно прорисованная схема.

 

Однако моделирование говорит, что при длительности выброса 1...2мс даже используя 2мГн вместо достаточных 200мкГн и в 2 раза большей ёмкости напряжение успевает срезонировать до неприличных величин 1000...1500В

 

Вы же моделировали, скорее всего, для источника выброса с весьма низким внутренним сопротивлением. Скорее всего, энергия этого импульса не очень велика (если молния в сотне метров постоянно не бьет и высоковольтные провода на Ваши 380В не падают), и на LC он должен прилично размазаться.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Скорее всего, энергия этого импульса не очень велика (если молния в сотне метров постоянно не бьет и высоковольтные провода на Ваши 380В не падают), и на LC он должен прилично размазаться.

Со слов подвергшегося пыткам ведуна от ж/д, природа этих импульсов - не атмосферная статика, а некие загадочные процессы в фазовом расщепителе электровоза, связанные в том числе с включением-выключением тяговых двигателей, работающих от того же фазового расщепителя, поэтому их энергия как раз таки весьма велика. И какое внутреннее сопротивление источника рисовать в модели - вопрос.. Приходится бороться почти что с ветряными мельницами.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
массо-габаритные вопросы не на последнем месте

В электровозе?

 

Не надейтесь, здесь точно не применим мировой стандарт на топологию бортсети автомобиля, где вместо того, чтобы раз и навсегда отгородиться от весёлой парочки стартёр-генератор, в каждом никчёмном блочке лепят за немалые деньги полноценную от них защиту.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Со слов подвергшегося пыткам ведуна от ж/д, природа этих импульсов - не атмосферная статика, а некие загадочные процессы в фазовом расщепителе электровоза, связанные в том числе с включением-выключением тяговых двигателей, работающих от того же фазового расщепителя, поэтому их энергия как раз таки весьма велика. И какое внутреннее сопротивление источника рисовать в модели - вопрос.. Приходится бороться почти что с ветряными мельницами.

Сталкивался с похожим ТЗ.

Похожие условия в сети 220В генератора вагонов электричек: пики до 900В и длительностью неск. мс.

Причем, у РЖД-шников стандарты не выработаны, есть только примерные данные.

В вагонах еще фильтры генератора "звенят" солидно, как я понимаю.

Видимо, раньше не ставили туда электронику, вот и не было проблем.

Сам я предполагал использовать "размыкатель", потом отказался от проекта совсем по причине незадокументированности этих помех.

Много народу бралось за этот проект, но, насколько я знаю, защиту так и не придумали нормальную-блоки питания беспричинно горят.

Вам-искренне удачи.

Edited by In_an_im_di

Share this post


Link to post
Share on other sites
Причем, у РЖД-шников стандарты не выработаны, есть только примерные данные.

 

Много народу бралось за этот проект, но, насколько я знаю, защиту так и не придумали нормальную-блоки питания беспричинно горят.

 

Вам-искренне удачи.

Всё именно так, как Вы и говорите. Вопрошаемые делают круглые глаза и говорят жуткие цифры, подкрепляя пассами рук.

Спасибо, пожуём... К снаряду, та-скать, подходит следующий спортсмен.

 

 

п.с. Сплошные противоречия. В ТЗ уживаются 2 пункта:

- максимальное действующее значение входного напряжения: 480VAC, 50Гц

- амплитуда выбросов до 2кВ, длительностью до 2мс, возможно в каждом полупериоде (что соответствует среднеквадр. значению напряжения в 670В)

Так что пассивным фильтром, полагаю, сгладим только 2мс пик. Среднеквадр. будет превышать первое требование ТЗ (480VAC).

 

Ушёл бодать заказчика.

 

в каждом никчёмном блочке лепят за немалые деньги полноценную от них защиту.

В курсе. При питании от сети постоянного тока (50, 75, 110В) для вспом. оборудования приходится предусматривать защиту до 500В и выше. В суровых российских реалиях НК АКБ имеют свойство усыхать или растворяться в пространстве.

 

Edited by pr0m

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ушёл бодать заказчика.

Некого там бодать. Нету там спецов, не ос-та-лось. А те, которые даже со степенью ктн - те по сути лишь коммерсы.

На мой взгляд, если стоит цель сделать нормально, то надо самому садится на паравоз с самопишуще-регистрационной аппаратурой, и смотреть что там и как на самом деле по помехам, а потом уже составить для себя ТЗ по результатам. Правда, мне вот не удалось даже стрясти с заказчиков электросхемы вагона, хоть она и не секретна. Поняв тамошнюю степень абструкции, я и не стал связываться, благо, не обязан был.

 

ПС. Вы еще не видели ТЗ, которое мне досталось. Жаль, привести его тут не могу, по понятным причинам. Там вообще и смех и грех в каждой строчке.

Edited by In_an_im_di

Share this post


Link to post
Share on other sites

post-55932-1365009951_thumb.png

Посчитать дроссель, ТЭН и симисторный регулятор.

А в нормальном режиме дроссель будет пассивным PFC. :rolleyes:

post-55932-1365012671_thumb.png

Может быть это пока некое реле или автомат успеет отработать.

Edited by perfect

Share this post


Link to post
Share on other sites
Может быть это пока некое реле или автомат успеет отработать.

Автомат чтобы при этом срабатывал низзя, это типа штатная ситуация (присутствие этих выбросов).

Затребую для резистора R4 отдельное помещение с кулерами :)

Edited by pr0m

Share this post


Link to post
Share on other sites
Затребую для резистора R4 отдельное помещение с кулерами :)

Бойлер :). В нём датчик температуры, контроллер время от времени снимает значение и отсылает смс в центр разработки.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this