Типовые схемы защиты от микросекундных помех Опции

[mamadu]

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)


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


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.



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.

[AlexRayne]

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?

[mamadu]

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;

Сообщение отредактировал mamadu - Jun 26 2017, 06:56

[wim]

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.

[mamadu]

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.

Сообщение отредактировал mamadu - Jun 26 2017, 12:43

[wim]

Степень жёсткости испытаний (сиречь испытательное напряжение) выбирают в соответствии с условиями эксплуатации т.е. с классом электромагнитной обстановки.

А то мы этого не знаем ...
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.

[mamadu]

А то мы этого не знаем ...
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.

[Kiber99]

Здесь меня больше схемотехническая часть вопроса интересует.

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

[novikovfb]

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.