Jump to content

    

Типовые схемы защиты от микросекундных помех

Приветствую сообщество.

Ищу, копаю, не могу найти рабочие (а лучше прошедшие испытания) схемы защиты от микросекундных импульсных помех.

 

Задача:

Защитить 36V@1A(DC) вход питания от воздействия импульсной помехи большой энергии - 2kV(1-50μs)/1kA(1-16μs) с целью пройти испытания и защитить заказчика от ЭМС неприятностей.

 

Смоделировал схему генератора, руководствуясь ГОСТ Р 513.4.5-99.

Модель генератора выдаёт на ненагруженный выход - напряжение и на короткозамкнутый выход - ток в соответствии с ГОСТ. (см. attach)

post-58858-1497959882_thumb.pngpost-58858-1497959893_thumb.pngpost-58858-1497959897_thumb.png

 

Пытался обойтись TVS, но получается, что на 36V-вольтовом супрессоре выделяется пиковая мощность 42kW. При этом спад мощности до 50% происходит за 17μs.

post-58858-1497960312_thumb.png

 

Если взять 5KP36 от Vishay (к слову, - это балда почти 10mm в диаметре и такой же длины с ногами потолще спички), то он терпит 5kW при импульсе мощности формой 1/1000μs.

А его Rating Curve обещает, 30kW при длительности 17μs до спада в 50%. И Littlefuse для своих 5KP обещает то же, только у меня получается, что мало.

post-58858-1497961387_thumb.png

 

Попытки ограничить ток в супрессор - не увенчались успехом. Мощности на последовательных резисторах выделяются такие, что нет шансов на выживание. Пытался ограничить бросок тока индуктивностью. Пиковая мощность на TVS - снизилась, но ток, который разогнался за время нарастания импульса - исправно поддерживается индуктивностью и продлевает время выделения мощности на супрессоре. Rating Curve супрессора говорит, что при таких длительностях супрессор не может терпеть мою пиковую мощность. Подозреваю, что дроссель - тупо отдаёт ровно всё, что запас и получается, шило-на-мыло. Кроме того, непонятно как эта индуктивность будет переносить сотни ампер. Проволочке, может ничего и не будет, ну но там же сердечник какой-то, насыщение его, - не понимаю в этой теме.

 

Смотрю разрядники. Вроде бы шикарный прибор. Все килоамперы пропускает через дугу. Падение на дуге 10-12V. Но появились моменты непонятные совершенно.

 

Во-первых, - предельное напряжение до загорания дуги - нормируется для фронта 1kV/μs, и для 100V/μs, как поведёт себя на 2kV/μs - непонятно.

И самое главное, - непонятно при каких условиях дуга гаснет. У некоторых разрядников указан параметр Holdover-Voltage порядка 75-100V (Device resets to a high impedance state once the voltage across the device falls below this level.) Но непонятно, какой в нём смысл, если явно видно, что напряжение на горящей дуге - уже меньше. Ну вот здесь к примеру http://www.littelfuse.com/~/media/electron...tasheet.pdf.pdf

 

К тому же этот Holdover-Voltage указан как например " <80 " или " <130 " (http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/gas_discharge_tubes/littelfuse_gdt_cg6_datasheet.pdf.pdf).

Для меня 2 вольта - меньше 80. Это чтоли значит, что пока напряжение не спадёт ниже 2B - дуга имеет право гореть? До каких пор? Вот прилетел импульс, зажёг дугу, а дальше - её источник сможет поддерживать?

Пол вольта - тоже меньше 80, - не может же быть, что полвольтовый источник сможет поддерживать дугу. В общем я так и не понял, это всё дело.

 

Всвязи с ситуацией, прошу опытных разработчиков поделиться типовой схемой. Они же одинаковые наверное все. Киловольты-килоамперы импульса - ГОСТ-овские, у большей части - жёсткость 2-3. Энергия, которую надо проглотить - одинаковая... Допустимые вольты только разные у всех, ну и рабочий ток. Что-то не верится мне, что это требует каждый раз подстройки под параметры цепей.

 

Ну или методика примерная может есть. И объясните ради бога, когда гаснет дуга в разряднике.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
У некоторых разрядников указан параметр Holdover-Voltage порядка 75-100V (Device resets to a high impedance state once the voltage across the device falls below this level.) Но непонятно, какой в нём смысл, если явно видно, что напряжение на горящей дуге - уже меньше
Это напряжение тлеющего разряда. Если разрядник подпитывается внешним источником энергии, тлеющий разряд переходит в дуговой.

Typical arc voltage at about 10 to 12 Volts

ПМСМ, газовые разрядники для линий питания постоянного тока не подходят, только варисторы и ограничители.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Задача:

Защитить 36V@1A(DC) вход питания от воздействия импульсной помехи большой энергии - 2kV(1-50μs)/1kA(1-16μs) с целью пройти испытания и защитить заказчика от ЭМС неприятностей.

правильно Вас понял? 2кВ*1кА*16мкс = 36Дж - вам надо защититься от импульса мощностью половина удара пули колаша?

Если не секрет - откуда берутся такие удары?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
правильно Вас понял? 2кВ*1кА*16мкс = 36Дж - вам надо защититься от импульса мощностью половина удара пули колаша?

Если не секрет - откуда берутся такие удары?

2kV(1/50μs) - на ненагруженном выходе испытательного генератора, 1kA(4-16μs) - на короткозамкнутом выходе. (ГОСТ Р 513.4.5-99)

На модели - максимум 7.3Дж смог отобрать у генератора с помощью резистора;

Edited by mamadu

Share this post


Link to post
Share on other sites
2kV(1/50μs) - на ненагруженном выходе испытательного генератора, 1kA(4-16μs) - на короткозамкнутом выходе. (ГОСТ Р 513.4.5-99)

На модели - максимум 7.3Дж смог отобрать у генератора с помощью резистора;

Вопрос, как я понимаю, в разумности выбора испытательного напряжения. Откуда в низковольтной линии питания постоянного тока могут появиться импульсы 2 кВ? Вы же не будете эту линию питания кидать"воздушкой" на километр? Даже плохонькая витая пара ослабляет синфазную помеху раз в 10. Следовательно, при воздействии помехи 3-4 кВ "провод-земля" в линии питания в худшем случае наведется 300 - 400 В, от которых и нужно защититься.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Откуда в низковольтной линии питания постоянного тока могут появиться импульсы 2 кВ?

Подключение заряженного объекта. В сухую погоду человек в резиновой обуви может набрать на теле и более 2 кВ. Автомобили электризуются от движения еще сильнее. Всевозможные ременные передачи тоже склонны к электризации. Так что, ГОСТ не на пустом месте возник.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Подключение заряженного объекта. В сухую погоду человек в резиновой обуви может набрать на теле и более 2 кВ. Автомобили электризуются от движения еще сильнее. Всевозможные ременные передачи тоже склонны к электризации. Так что, ГОСТ не на пустом месте возник.
Это не микросекундные импульсы большой энергии, это - наносекундные импульсы.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вопрос, как я понимаю, в разумности выбора испытательного напряжения. Откуда в низковольтной линии питания постоянного тока могут появиться импульсы 2 кВ? Вы же не будете эту линию питания кидать"воздушкой" на километр? Даже плохонькая витая пара ослабляет синфазную помеху раз в 10. Следовательно, при воздействии помехи 3-4 кВ "провод-земля" в линии питания в худшем случае наведется 300 - 400 В, от которых и нужно защититься.
Степень жёсткости испытаний (сиречь испытательное напряжение) выбирают в соответствии с условиями эксплуатации т.е. с классом электромагнитной обстановки.

В соответствии c ГОСТ Р 51317.4.5-99 (МЭК 61000-4-5-95) -> Для Класса 3 (Электромагнитная обстановка при параллельной прокладке силовых и сигнальных кабелей) выбирают степени жёсткости испытаний:

Линии электропитания провод-провод - Ж2=1kV

Линии электропитания провод-земля - Ж3=2kV

Несимметричные линии провод-провод - Ж2=1kV

Несимметричные линии провод-земля- Ж3=2kV (с первичной защитой)

Симметричные линии провод-провод - не применяют

Симметричные линии провод-земля - Ж3=2kV (с первичной защитой)

Линии малой протяжённости - не применяют

 

PS: И да, вопрос НЕ в выборе испытательного напряжения и не в его разумности. Тут как раз выбирать не приходится.

Edited by mamadu

Share this post


Link to post
Share on other sites
Степень жёсткости испытаний (сиречь испытательное напряжение) выбирают в соответствии с условиями эксплуатации т.е. с классом электромагнитной обстановки.
А то мы этого не знаем ... :biggrin:

Линия питания постоянного тока - это не сигнальная линия, которая обычно имеет высокий импеданс и не линия питания переменного тока, которая подключена к низковольтным сетям и в которой возможны перенапряжения при разрядах молнии и прочих коллизиях. Вы же моделируете схему защиты - попробуйте дополнить ее реальным физическим механизмом появления в низкоимпедансной цепи импульсов 2 кВ. Например, через емкостную связь с силовым кабелем. Или через индуктивную связь с ним же.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Откуда в низковольтной линии питания постоянного тока могут появиться импульсы 2 кВ?

Например от заноса высокого потенциала со стороны защитного заземления Грозозащита радиоэлектронных средств

Share this post


Link to post
Share on other sites
А то мы этого не знаем ... :biggrin:

Линия питания постоянного тока - это не сигнальная линия, которая обычно имеет высокий импеданс и не линия питания переменного тока, которая подключена к низковольтным сетям и в которой возможны перенапряжения при разрядах молнии и прочих коллизиях. Вы же моделируете схему защиты - попробуйте дополнить ее реальным физическим механизмом появления в низкоимпедансной цепи импульсов 2 кВ. Например, через емкостную связь с силовым кабелем. Или через индуктивную связь с ним же.

Вы меня троллите что ли?

Если требуется соответствие стандарту, - применить ваши рассуждения можно только если в стандарте будет указано, что так, мол, и так, "Когда не находится оснований для применения норм стандарта, следует использовать свои собственные соображения, расчёты и модели помех". За советами по убалтыванию заказчика на смену класса ЭМ-обстановки я обращусь на форум по убалтыванию, если потребуется. Здесь меня больше схемотехническая часть вопроса интересует.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Здесь меня больше схемотехническая часть вопроса интересует.

Такой фильтр подавит помехи Фильтр помех. Элементы рассчитываются под конкретное применение.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Такой фильтр подавит помехи Фильтр помех. Элементы рассчитываются под конкретное применение.

Допустим, надо импульс с энергией 7 Дж погасить до уровня не более 50 В с помощью Вашей рекомендации. Для накопления этих 7 Дж в конденсаторе при напряжении 50 В надо емкость порядка (7Дж*2/50В^2) Ф, т.е. всего то 5600 мкФ. Для накопления этих 7 Дж в дросселе при токе 2 А придется выбрать индуктивность порядка (7Дж*2/2А^2) Гн, т.е. 3,5 Гн. Тоже не хило.

Если я ошибся - поправьте.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Например от заноса высокого потенциала со стороны защитного заземления Грозозащита радиоэлектронных средств
Ну, а я о чем говорю - напряжение помехи в изолированной линии питания постоянного тока является результатом воздействия синфазной помехи. Если линия питания симметричная и подавляет синфазную помеху, например, на 20 дБ, для получения 2 кВ в линии нужно воздействовать синфазной помехой 20 кВ. Такое перенапряжение пробьет изоляцию и в источнике питания, и в кабеле - тут вообще не о чем разговаривать.

 

 

Если требуется соответствие стандарту, - применить ваши рассуждения можно только если в стандарте будет указано, что так, мол, и так, "Когда не находится оснований для применения норм стандарта, следует использовать свои собственные соображения, расчёты и модели помех".
Я рассматриваю линию питания постоянного тока как симметричную линию и никаких киловольтов по схеме "провод-провод" на нее не подаю.

схемотехническая часть вопроса интересует.
Варистор и термопредохранитель. Если делать подобную конструкцию самостоятельно, можно использовать варисторы в плоском корпусе - к нему можно приклеить термопредохранитель для надежного теплового контакта.

 

Такой фильтр подавит помехи Фильтр помех. Элементы рассчитываются под конкретное применение.
Это фильтр подавления радиочастотных помех. Микросекундные импульсные помехи он не подавит.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Микросекундные импульсные помехи он не подавит.

Прекрасно давит, проверено.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now