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)
Нажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файлаНажмите для просмотра прикрепленного файла

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

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

Это напряжение тлеющего разряда. Если разрядник подпитывается внешним источником энергии, тлеющий разряд переходит в дуговой.

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

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;

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.


Я рассматриваю линию питания постоянного тока как симметричную линию и никаких киловольтов по схеме "провод-провод" на нее не подаю.
Варистор и термопредохранитель. Если делать подобную конструкцию самостоятельно, можно использовать варисторы в плоском корпусе - к нему можно приклеить термопредохранитель для надежного теплового контакта.

Это фильтр подавления радиочастотных помех. Микросекундные импульсные помехи он не подавит.

Прекрасно давит, проверено.

В линии питания постоянного тока?

В линии питания постоянного тока 220В.

В мире идет борьба между производителями "параллельных" и "последовательных" защитных устройств. Здесь, например, объясняют чем дроссель лучше варистора. Я нечто подобное испытывал - оно хорошо подавляет импульсные перенапряжения, но габариты дросселя удручают.
В любом случае, это не синфазный помехоподавляющий фильтр. это именно защитное устройство.

Если речь идет и микросекундных помехах, нормированных IEC 61000-4-5, то там для цепей питания в цепи генератора стоит сопротивление 2 Ома, ограничивающее ток КЗ на уровне 1кА для 2кВ импульса.
Таким образом два параллельных супрессора STIEC45-33 прекрасно переварят этот ток и ограничат остаточное напряжение на уровне 59В. Далее уже сами решайте как быть. Если схема кратковременно выдержит это перенапряжение, то можно оставить как есть. Иначе после супрессоров резистор/дроссель + конденсатор приличной емкости или еще один супрессор, чтобы уменьшить это напряжение до нужных значений.
STIECи эти мы сами испытывали на ЭМС - прекрасно работали.

При таком импульсном токе потребуется решать проблему хорошего заземления. Дроссель лучше.

Если я правильно понимаю автора, то такой ток получается только при подаче импульса по схеме "провод-провод". При подаче импульса по схеме "провод-земля" сопротивление генератора составляет 12 Ом, что уменьшает ток КЗ в 6 раз.
Поэтому заземление в данном случае не поможет - эти 1кА нужно либо проглотить полностью схемой, либо полностью игнорировать и выдерживать 2кВ. Слить этот ток на землю или через землю не получится, так как тогда придется увеличивать степень защиты в цепи земли, что по указанной выше причине имеет мало смысла.

Поправьте, если неправильно сказал.

Еще автору. Посмотрел этот ГОСТ Р 513.4.5-99, который является переводом МЭК 61000-4-5-95.
Сорри, но этот стандарт устарел уже на 20 лет. Микросекундные помехи 2kV(1-50μs)/1kA(1-16μs) уже давно так не нормируются и все перешли на форму 1.2/50μs-8/20μs. Там и генератор соответствующий. Поэтому и сложности у вас с поиском компонентов, так как в их даташитах все характеристики указаны тоже для современных испытательных импульсов, а не старых.
Советую почитать вот этот документ, чтобы разобраться что и как с микросекундами сегодня http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....DM00080038.pdf

Спасибо, бро. То, что надо.

Кто может пояснить по ГОСТ IEC 61000-4-5-2014
По таблице А в которой даны условия испытаний при разных классах для различных линий.

Для несимметричных цепей и линий при длине менее 10 метров согласно примечанию d испытания не проводятся, а для экранированных линий при длине менее 10м при испытаниях применяют требования на класс меньше.
Может подразумевается, что линии передачи данных или аналоговые линии обязательно должны иметь экранирование, а двоичные нет? Или еще что-то?

Можете выложить скриншот таблицы сюда?

Таблица из англоязычной версии, так как в ней качество таблицы приемлемое.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Посмотрел. Там ничего не подразумевается, а просто указываются рекомендуемые уровни для различных типов линий. При этом пофиг какие данные вы собираетесь по этим линиям передавать.
И, естественно, Вы вольны выбирать для своего изделия каким образом вы будете вводить свои сигналы - симметричными, несимметричными, экранированными, неэкранированными линиями. И, глядя на данную таблицу, Вы будете знать какой уровень защиты будет требоваться от вашей схемы.

Схемы, подключенные к симметричной линии, тоже должны симметричными, т.е. иметь одинаковый импеданс каждого из проводников относительно земли - только в этом случае обеспечивается подавление синфазной помехи. Испытания симметричных линий дифференциальным напряжением не проводят, как раз исходя из того, что оно будет незначительным при хорошем подавлении синфазной помехи.

Начну с другого. О примечании к колонкам "d - При длине линий менее 10 метров испытания не проводят". Примечание есть только у неэкранированных линий. При этом есть еще примечание "c - Применяют степень жесткости испытаний на 1 меньше если длина кабелей менее 10 метров". И примечание "с" стоит в ячейках подпадающих по действие "d". В пояснениях я ответа не нашел.

Это не дословный перевод данного примечания

Интересна трактовка этих примечаний, пусть и ISO61000-4-5, а цитата приведена с русскоязычного варианта.
Просто качество скана низкое.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ну всякое возможно. Вы предисловие к русскому варианту читали? Там, где написано что-то вроде того, что бла-бла-бла, данный стандарт адаптирован под отечественные условия. Вот вам часть такой адаптации.
А вообще IEC61000-4-5 все таки определяет феномен и метод испытаний, но не уровни испытательного напряжения. Приложение А - рекомендуемое только в том случае, когда нет соответствующего продуктового стандарта, который есть сейчас практически на все. Вот его Вам и следует найти под свое изделие.

Адаптация, или нет, какая разница. А по англоязычной версии кому-то все ясно?
Добавлю, что русскоязычной версии написано, что он идентичен IEC 61000-4-5:2005.

Нет его.

По англоязычной версии мне все ясно.


А что у вас изделие делает или для каких условий эксплуатации? Просто бывают как продуктовые стандарты, типа МЭК 61326, так и стандарты на зоны использования и электромагнитную обстановку в этих зонах, например IEC 61000-6-1 или 6-2 для промышленных условий. Требования этих стандартов имеют приоритет над рекомендациями в 61000-4-5.

Тогда поясните как рассматривать пояснение "d" "с" для несимметричных линий длинойц менее 10 метров.

Да, для промышленных условий, но ГОСТ 30804.6.2-2013 (IEC 61000-6-2:2005) на мой взгляд, немного не о том.

Примечание d в англоязычной версии говорит, что не рекомендуется проводить испытания на соединениях, по которым передаются данные, если длина линии меньше 10м. Это может быть, например, порт RS232.
Примечание с говорит, что тестовый уровень может быть уменьшен на один уровень, если длина кабеля меньше или равна 10м. Например, для логических дискретных сигналов. Это не конфликтует с d.


А о чем он, по-вашему?

Т.е. линии короче 10 метров при передаче таких данных испытывать нет смысла, видимо, по тому, что такие линии достаточно устойчивы. А если их еще и экранировать то испытывать обязательно надо. Надо понимать, что экран снижает их помехоустойчивость. Что-ж, видимо мне эту логику не понять.

В том смысле, что он более общий.
ГОСТ 30804.6.2-2013 (IEC 61000-6-2:2005) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах. Требования и методы испытаний

61000-4-5-2006
Электромагнитная совместимость. Часть 4-5. Методы испытаний и измерений. Испытания на устойчивость к
микросекундным импульсным помехам большой энергии

С одной стороны 61000-6-2 позиционируется для промышленных зон, с другой 61000-6-2 ссылается на более узкий стандарт 61000-4-5 в котором более четко определяются условия использования. Но если 61000-6-2 пределяет минимально необходимые, то для меня это более благоприятно, так как в настоящий момент нужна только декларация при минимальных затратах. 100% работоспособность в известных условиях эксплуатации сомнений не вызывает, а тиражность максимум 4 экземпляра.

Эпкос, сумида, мурата. Ищем ЕМЦ дроссель с горбом на 1МГц.
10мм диаметр - ни о чем. Раза в 2-3 больше. Плюс, Х-конденсаторы на землю после каждого звена фильтра.
Дроссель - синфазный, это важно.
Результат - испытатель в ЦСМ (серийный убийца со стажем) пожал руку.
Схема следующая: предохранитель, варистор, муратовский BNX012-01 (это от радиопомех, в основном обратных от ДЦ/ДЦ), потом звено МИП-фильтра (дроссель и 3 конд-ра), потом НИП.
Далее TVS на входе основной схемы.
Рекомендую собрать все, а на испытаниях можно исключать звенья по очереди и смотреть результат.

Нет, просто разработчик стандарта считает, что в линиях передачи данных длиной менее 10м такая помеха возникнуть не может.

Ну или так. Странно, что при этом разработчик считает, что в экранированных линиях передачи данных длиной менее 10 метров помеха возникнуть может.

Условия испытаний, напряжение питания, какой TVS?

Во первых не данных, а просто экранированных. А во вторых, смотрите внимательней на процедуру тестирования экранированных линий - она серьезно отличается от других и имитирует, похоже, попадание разряда прямо в экран. Я так понимаю, что разработчики стандарта таким образом проверяют как сливается ток при общем заземлении через экранированный кабель.

А что подразумевать по communication lines? Кроме того, наводка на линию при разряде на экран однозначно меньше, чем при прямом разряде на провод, да и заземление не всегда с двух сторон.

В общую копилку. Пиковый ток предохранителей, если кому захочется поставить цепи защиты после предохранителей.
Предохранители одной фирмы, но многие из них типовые.