¿Cómo me protejo contra un volcado de carga automotriz?

Un volcado de carga ocurre cuando la carga a la cual un generador está entregando corriente se desconecta abruptamente. En electrónica automotriz, esto se aplica a desconectar una batería mientras el alternador la está cargando. Aparentemente está bien descrito en este documento SAE de $ 65 ; Wikipedia afirma que puede ser "tan alto como 120 V y puede tardar hasta 400 ms en decaer" . Este documento afirma que un volcado del sistema de 12 V puede ser tan alto como 87 V y 400 ms de largo:

       12V system      24V system
Us     65V to 87V      123V to 174V     // maximum voltage
Ri     0.5Ω to 4Ω      1Ω to 8Ω         // source resistance
td     40ms to 400ms   100ms to 350ms   // pulse length
tr     10ms??          5ms??            // rise time

El último documento vinculado también tiene una tabla que enumera la absorción de energía de TVS (supresor de voltaje transitorio), de la siguiente manera:

Tabla 2 - Energía [J] absorbida ( _pinza V = 45V)

td [ms]   source resistance [Ω]
     0.5    1     1.5   2     2.5   3     3.5   4
 50  18.57  9.62  6.26  4.50  3.41  2.68  2.17  1.80
100  37.15  19.23 12.51 8.99  6.83  5.36  4.34  3.59
150  55.72  28.85 18.77 13.49 10.24 8.04  6.51  5.39
200  74.30  38.46 25.02 17.98 13.65 10.72 8.68  7.18
250  92.87  48.08 31.28 22.48 17.07 13.40 10.85 8.98
300  111.44 57.69 37.53 26.98 20.48 16.08 13.02 10.77
350  130.02 67.31 43.79 31.47 23.89 18.76 15.19 12.57
400  148.59 76.92 50.05 35.97 27.31 21.44 17.37 14.3

Ahora, quiero sujetar mucho más bajo que 45V (digamos 20V), y me gustaría recalcular estos valores. El autor escribe:

• Calculado usando el método dado en el Anexo E.1.1. (E) donde R _i = R _L (para transferencia de potencia máxima).

Esto revela la fórmula:

W _e = (U _s ) ^{2 _x} t _d / R _i / 4.6

... Y actualiza la tabla de la siguiente manera:

Energía [J] absorbida ( _pinza V = 20V)

td [ms]   source resistance [Ω]
     0.5    1      1.5    2      2.5    3      3.5    4
 50  97.59  48.79  32.53  24.40  19.52  16.26  13.94  12.20
100  195.17 97.59  65.06  48.79  39.03  32.53  27.88  24.40
150  292.76 146.38 97.59  73.19  58.55  48.79  41.82  36.60
200  390.35 195.17 130.12 97.59  78.07  65.06  55.76  48.79
250  487.93 243.97 162.64 121.98 97.59  81.32  69.70  60.99
300  585.52 292.76 195.17 146.38 117.10 97.59  83.65  73.19
350  683.11 341.55 227.70 170.78 136.62 113.85 97.59  85.39
400  780.70 390.35 260.23 195.17 156.14 130.12 111.53 97.59

Esto da un valor máximo de 781J. ¿Hice esto correctamente? ¿Mi sistema TVS debe absorber hasta ~ 800J, pasando casi 30A? Parece muchísimo, aunque será para hasta 6 baterías de camión semi paralelo (~ 100AH ​​cada una) además de su alternador 130A +. (¿Podría la resistencia de la fuente ser incluso menor que 0.5Ω?) ¿Qué combinación de elementos de TVS puede pasar efectivamente 800J sin violar mucho su voltaje de sujeción, y qué lo hace más efectivo que otras soluciones?

_{Estoy protegiendo los circuitos digitales y analógicos de bajo voltaje, que también tienen su propio filtro de potencia.}

No puedo hablar con SAE J1113, pero para SAE J1455 (camión pesado de 12 V, donde las cargas deberían ser mayores), el volcado de carga se define como un pico de 100 V con aproximadamente ~ 0.6 s de tiempo de caída y ~ 0.6 Ω de impedancia, que es un dolor vivir

Los dos métodos generales para sobrevivir son

• Desconéctate y déjalo pasar:

Lo cual suele ser preferible y más barato. Los volcados de carga pertenecen a una clase de fallas durante las cuales no se espera que operen muchos dispositivos (a diferencia de los transitorios inductivos acoplados), por lo que a menos que sea un dispositivo crítico (ABS, ECU), se le permite apagar y reiniciar cuando vea Un volcado de carga.

En términos muy generales, para hacer esto, podría tener un diodo Zener en su entrada, donde una vez que se descompone y comienza a conducir, cambia algunos transistores de paso para desconectarse por completo. Obviamente, su transistor de paso tendrá una clasificación de voltaje, por lo que aún es necesario seleccionar un TVS (vea a continuación), pero no tendrá que sujetar en cualquier lugar cerca de tanta tensión, energía y potencia.

• sujetar todo el asunto.

Esto también es bastante posible con TVS como mencionas, y luego realmente depende de qué tan duro quieras sujetarlo. Si está bien con 75 V entrando, creo que he visto utilizar 500 W SMC. Si lo desea como si nada hubiera pasado, puede hacer lo que he visto y usar (2) televisores 5KP22CA de 5 kW en paralelo. Solo ellos pueden sujetar todo el volcado de carga ellos mismos; He probado un par que sobrevivió a (5) descargas de 100 V seguidas, con una separación de aproximadamente 10 segundos entre cada una.

La matemática detrás de esto es algo confusa para mí, ya que las cifras proporcionadas en las hojas de datos no parecen estar destinadas a transitorios más lentos que 60 Hz. La calificación de 5 KW es para un pulso de 1 ms, que obviamente es solo 5 J.

La energía máxima que se disipa será (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, pero esto decaerá de manera aproximadamente exponencial a nada con un tc de aproximadamente 300 mseg. Si solo llamamos a eso un triángulo (muy conservador), es 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Si extrapolamos la curva de clasificación de la Figura 1 en la hoja de datos de 5KP, sugiere que un pulso de 100 ms puede tener una clasificación de potencia máxima de 1000 W, o una energía total de 100 J, e incluso más energía si la difuminamos más, así que ' Estás en el parque de pelota con 2 de ellos en paralelo y las pruebas parecen aburrirlo.

Hoja de datos de TVS Littelfuse serie 5KP, Figura 1

Si quisieras algo mejor, se me ocurriría una ecuación para la curva y le daría una asíntota en la disipación máxima en estado estacionario (8 W ... aunque eso podría no hacer la diferencia), entonces haz algo de integración con eso sobre tu pulso para ver cuánto de la calificación usas: P

Así es como puede protegerse contra un volcado de carga automotriz

https://www.analog.com/en/products/lt4356-1.html