Защита входа БП (номинальные ~380VAC), от выбросов до 2кВ длительностью до 1...2мс Опции

[pr0m]

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?

Сообщение отредактировал pr0m - Apr 3 2013, 06:55

[Integrator1983]

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).

[pr0m]

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.

Сообщение отредактировал pr0m - Apr 3 2013, 12:12

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

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.