Выбор ограничительного диода Опции

[Рэльс]

Всем доброго времени суток!
Мне поставили задачу "Вход устройства должен выдерживать импульс напряжения 1,2/50 мкс амплитудой 4 кВ по ГОСТ 51317.4.5-99"
Имеем графическое изображение импульса (в ГОСТе) и его амплитуду.
Возможно ли теоретически прикинуть, подойдут ли для защиты ограничительные диоды, например, 1.5KE?

[Guest_TSerg_*]

Возможно.

[ZASADA]

есть статьи с формулами в интернете как пересчитать длительности/амплитуду в энергию и подобрать правильный супрессор(ы).

[Andy Mozzhevilov]

Определите, какое выходное сопротивление генератора помехи будет применяться для ваших цепей. По ГОСТ может быть 3 варианта: 2 Ом, 12 Ом и 42 Ом.
Если речь идет о цепях ввода-вывода, то скорее всего речь будет идти о 42 Ом. Исходя из этого определяйте ток, который должен пропустить через себя элемент защиты, падение, которое на нем будет при этом токе, соответственно будете знать рассеиваемую мощность. Дальше по этим параметрам выбираете нужный элемент или составляете схему из них. МИП - достаточно простая и предсказуемая помеха, разве что мощная.

[Рэльс]

Статьи с формулами ищу со вчерашнего дня, и очень удивился, что не нашел на этом форуме ничего по этой теме.
По поводу последнего ответа - поделив 4 кВ на 42 ома получим амплитуду импульса 95 А. А почему не надо учитывать его длительность?

[Andy Mozzhevilov]

Как правило в характеристиках элементов защиты от импульсных перенапряжений указывается и формы импульса тока, для которого приведены их характеристики. В ГОСТ также указана форма импульса тока испытательного генератора для случая его работы в режиме КЗ выхода. Вот вам нужно все это вместе свести и выбрать элемент защиты или цепочку из них.

[Рэльс]

Как правило в характеристиках элементов защиты от импульсных перенапряжений указывается и формы импульса тока, для которого приведены их характеристики. В ГОСТ также указана форма импульса тока испытательного генератора для случая его работы в режиме КЗ выхода. Вот вам нужно все это вместе свести и выбрать элемент защиты или цепочку из них.

Получается, я расчитал пиковый ток - 95 А. Рабочее напряжение защищаемой цепи 48 В.
Рассмотрим диод SMBJ48A.
Vcl = 100V, Ipp=40A это при 8/20 мкс.
Получается, такой диод мне не подходит, так?

[syoma]

Получается, я расчитал пиковый ток - 95 А. Рабочее напряжение защищаемой цепи 48 В.
Рассмотрим диод SMBJ48A.
Vcl = 100V, Ipp=40A это при 8/20 мкс.
Получается, такой диод мне не подходит, так?

Если я не ошибаюсь ST в своих даташитах на защитные супрессоры перешла на 8/20мкс - это, согласно ГОСТу, и есть форма импульса тока, если испытательное напряжение погасить на КЗ, чем и является супрессор.

По поводу подходит диод или нет - тут надо выяснить два вопроса:
1. Подходит ли этот диод для Вашей схеме по остаточному напряжению.
2. Выдержит ли этот диод указанный импульс тока.

По В.1. все просто:
У вас ток - 95А. Номинальные характеристики диода вы привели. В том же даташите есть график и формула для расчета Vcl для других токов. Типа такой: Vclmax=Vcl-Rd x(Ipp-Ippappl). В вашем случае, выходит приблизительно 155В при токе в 95А.
Т.е. остаточное напряжение, которое попадет в вашу схему при таком импульсе будет около 160В. Вопрос собственно - выдержит ли она? Если да, то можно переходить к вопросу №2. Если нет - надо добавлять второй уровень защиты - резистор, стабилитрон, ограничитель тока и т.д.

По В. 2. у SMBJ пиковая мощность на 4/20µs - 4кВт. Если считать, что у вас будет 95А с падением 160В, то выходит,что пиковая мощность будет 15,2кВт - т.е. диод гавкнется.

[Andy Mozzhevilov]

Еще добавлю, что как правило TVS не ставят прямо на вход цепи, в которую приходит МИП. TVS ставят уже как второй каскад защиты, а в первом лучше ставить либо варисторы, либо разрядники, либо их комбинацию, в зависимости от защищаемой цепи. Вы бы схему входной цепи привели, чтобы было понятно о цем речь.

[syoma]

Еще добавлю, что как правило TVS не ставят прямо на вход цепи, в которую приходит МИП. TVS ставят уже как второй каскад защиты, а в первом лучше ставить либо варисторы, либо разрядники, либо их комбинацию, в зависимости от защищаемой цепи.

В принципе для сигнальных цепей - т.е с сопротивлением генератора 42 Ома - TVS неплохо справляется при уровнях помех до 2кВ и если рабочее напряжение до 30В. Тогда больше ничего и не нужно.
А вот для цепей питания - 2 Ома - там да. Но даже уже сейчас есть TVS, которые при этом выживают. Например STIEC45 - прекрасно выдерживают МИП до 500А напрямую.

Кстати для ТС - 1.5KE47 вроде как по второму пункту проходит. Но выдержит ли ваша схема остаточное напряжение в районе 80В?

[Bear_ku]

Испытывал на 2кВ супрессоры P6SMB/SM6T/SMBJ/1.5SMC на напряжения от 5 В до 220 В, стоящих непосредственно на входе дискретного входа. Свою функцию выполняют, выходов из строя не замечено.

Сообщение отредактировал Bear_ku - Nov 25 2014, 11:06

[wim]

Испытывал на 2кВ супрессоры ... Свою функцию выполняют, выходов из строя не замечено.

Это типовые требования для изделий, устанавливаемых на улице - 2 кВ, т.е. 3-я степень по схеме провод-провод и 4 кВ, т.е. 4-я - по схеме провод-земля (в том же ГОСТ приложение А). Автор же хочет 4 кВ по схеме провод-провод, т.е. на одну ступень жесткости выше. Я вообще такого не встречал ни разу, даже не представляю, для чего это нужно - удар молнии выдержать?

[Рэльс]

Про удар молнии вы прямо в точку. Обычно эти вопросы начальство интересовали в июне-июле, а тут что-то у них поменялось.

Изначально мы имеем схему 1 (цифровой ввод данных, общий провод + питаия). Потом получили команду "чтобы это не ломалось никогда".
Чтобы не ломать себе голову "как же это правильно должно быть" стали искать стандарты. Нашли вроде на эту штуку - ГОСТ Р МЭК 870-3-93. Там в таблице 6 есть предельно допустимые параметры по постоянному току: +200% от Uном (24В) и -125% от Uном. Проверили - держит. Ну и отталкиваясь от параметров по постоянному току выбрали диоды.
Ну а таблицу А.1 конечно проморгали, спасибо что на неё указали.
Ни каких испытаний делать не будем, просто надо обосновать как-то выбор диодов.
Удивлят еще вот что - понаходили в интернете фото плат цифрового ввода Сименс, АББ. Ну нигде супрессоров не видели.
И еще вопрос: для чего на некоторых платах плюс и минус питания соединены с "землей" (в смысле с контуром заземления) через пленочные конденсаторы?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Bear_ku]

Для того чтобы помеха через них стекала на землю, а не лезла внутрь аппаратуры. То же самое можно делать и на дискретных входах, вернее даже без них иногда просто не обойтись.

[ZASADA]

Статьи с формулами ищу со вчерашнего дня, и очень удивился, что не нашел на этом форуме ничего по этой теме.

вот по автомобильным импульсам
вот пример двухуровневой защиты
ps. у Microsemi есть супрессоры и на 15 и на 30 кВт
от молнии на входе сначала разрядники и позисторы ставят, а все что пролезло уже на втором уровне защиты давят.