无法在负载下执行正确的TVS时的继电保护


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我目前正在开发一种产品,该产品具有可以由操作员控制的简单SPDT继电器。对于最终用户,只有公共,常开和常闭触点可用。继电器由我们设备中的电路驱动,该设备具有适当的反激二极管。

最近,我们的一个原型单元出现了问题,其中技术人员将继电器直接连接到电感负载,而没有任何形式的瞬态电压抑制,这导致我们的无线通信由于EMI而被击倒,还可能导致接触拱形。

在确定问题是由于感应尖峰引起的之后,通过将适当的反激二极管连接到负载,可以快速解决问题。

在这种情况下,我们可以控制要连接的负载,这使我意识到,无论警告和警告的数量如何,当我们将产品用于感性负载时,我都不相信最终用户会实际安装适当的瞬态电压抑制设备。我们可能提供的典型应用原理图。

现在,很明显,有很多解决感应尖峰的解决方案,但是该设备必须工作的特定情况使得实现TVS非常棘手:

1)该继电器是通用SPDT继电器,额定值为250VAC / 120VAC @ 10A或30VDC 8A。这意味着TVS电路必须能够处理交流电(主电源或非市电)和直流电,电流最高可达10A。这使得找不到PTC保险丝成为可能,因为大多数保险丝无法处理电源电压,特别是不能承受10A的电压。

2)该设备将安装在不可能更换任何物品的地方,安全是我们的主要关注点。如果客户端未安装保险丝,并且继电器短接失败(这种情况很少见,但有可能发生),则他们很可能会怪我们。这也意味着我不能使用MOV,排气管或任何其他使用寿命有限的TVS设备。

3)任何TVS设备都绝不能短路,如果短路,我必须确保保护负载免于短路。

我已经尝试了RC缓冲网络的仿真,但是仅凭这些就无法在电感负载足够大的情况下起作用。同样,使用更大的电容器意味着在使用交流电时会损失更多。理想情况下,1nF会提供足够的阻抗(在50 / 60Hz时为1Mohm以上),以使任何损耗都微不足道。 在此处输入图片说明

这是电感负载较大的模拟结果。更改电阻器和电容器的值仅影响振荡稳定下来的时间,而不影响峰值电压,这肯定会杀死任何电阻器或电容器,或使触点产生电弧。

背对背的齐纳二极管与RC缓冲网络一起有效地限制了电压尖峰,但是由于它们必须阻断电源电压,因此,它们所需要的阻断作用远不止于近似。350V(电源峰值电压)直到它们开始导通为止,我担心这仍然是一个很高的峰值,足以杀死附近的任何EMI无线通讯。

在此处输入图片说明

那么,在这种情况下我完全没有希望了吗?

在这种情况下我还能使用其他TVS设备/技术吗?如果是这样,我是否可以保证它们不会短路故障,或者至少可以防止TVS设备短路?

还是仅仅是RC缓冲器实际上是解决此问题的好方法?如果是这样,为什么?我该如何选择合适的零件?

请记住,我无权访问实际负载,也无法对用户如何连接负载进行任何假设。


看来您已经有了解决方案。将“适当的反激二极管连接到负载”接线端子。选择一个“合理使用”二极管,并将其放置在负载接线端子上。
吉尔

Answers:


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我在TVSS行业工作了15年。您按照UL和ISO标准的要求行事,并添加标签以警告客户疏忽大意可能会导致保修失效。

综上所述,对于您给定的额定值,我将为它附带40mm MOV,在NO和NC连接(总共2个MOV)上至少具有10 kA或20 kA 275 VAC额定值。它将硬钳在420 VAC / DC左右。一个非常昂贵的解决方案是使用巨型sidacs,它们在最大允许电压下会急剧下降。275 VAC / DC就是这个意思,但是每个价格为40美元。

我也会考虑保护继电器线圈免受“反冲”,但是二极管或20mm MOV可以正常工作。

有热保护的MOV(TPMOV),但非OTC销售。由于这些产品的人工成本较高,因此要寻求第三方供应商来抑制电涌会非常昂贵。

我会首先尝试40mm 275 VAC / DC MOV。它们可以承受15个20 kA的“击中”(超过2小时),并且仍通过1 mA测试。

SNUBBERS:交流电路上的RC缓冲器不是一个好主意,因为即使继电器关闭,它们也允许少量的交流电流绕过继电器。不知道最终用户将要使用交流电还是直流电,请谨慎操作并避免使用。他们无法执行MOV或Sidac的操作。

注意: MOV和Sidacs仅会看到反冲或浪涌电流,这是20 uS左右的短暂峰值。它们处于非常高的电阻模式,因此看不到正常的运行电流。仅继电器触点会看到“运行”电流。

如果“涌入”电流正在焊接触点,则需要一个具有更高触点电流额定值的继电器。增加50%的安全裕度以延长使用寿命。如果可能,请使用防潮继电器。

处理柠檬汁等柠檬产品的工厂的酸性环境会很快腐蚀钢和铜。

保险丝我应该补充一点,对于40mm MOV或大型Sidac,正确的保险丝是30安培600伏特200 kA额定保险丝。一盒十盒装,约合50美元。它们不是便宜的保险丝,因为它们是用打孔的铂金带制成的,专门用于快速浪涌,但可以承受电机启动电流。您可以使用串联锁定保险丝座。它们符合UL1449第3版和第4版规范,可融合40毫米MOV。正确保险丝的链接:

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf


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@Chi。保修由产品的制造商签发,因此违反其规则是无效保修的理由。UL和ISO不在此列,只是要确认公司“ A”正在遵循其自己的标签程序。
Sparky256 '18

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关于MOV的使用,问题在于,当它们不可避免地发生短路故障时,用户将无法更换它们,因为设备的安装方式实际上将是无法访问的(这样做会销毁设备)。当然,我可以将MOV放在设备的外部(晃晃电线……行销人员会杀了我!)或将它们与产品一起提供以鼓励其使用……但这会更好。设备本身是否可以提供适当的TVS而无需客户采取额外措施。

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SIDAC,DIAC和其他类似设备(例如ST的Trisil)的使用都存在短路失败的问题,对吗?就像您说的那样,既然该设备仅会看到短暂的电流尖峰,这是否意味着我可以将PTC与它们串联,以防万一它们失败了?如果是这样,我该如何为这种情况选择合适的PTC?

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@Chi。您不了解40毫米MOV有多耐用。我们有2个获得UL认证的测试实验室,而我经营了2个实验室,它们在150 kA时可能会产生32 kVDC的电涌。UL和随后的ISO要求所有40 mm MOV能够在10 kA(超过100小时)内承受5,000次撞击,或在2小时内在20 kA下承受15次撞击。只有直接的雷击才能伤害40毫米MOV,在这种情况下,客户将有许多其他问题需要担心。这些标准很严格,因为TVSS产品可能会带到医院的电源板上,使用后无法将其关闭。
Sparky256 '18

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@ Sparky256,很棒的答案和有趣的评论,非常有启发性。听起来您在该实验室工作很有趣。
AlmostDone '18年

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最近,我们的一个原型单元出现了问题,技术人员将继电器直接连接到电感负载,而没有任何形式的瞬态电压抑制...

您可以使用金属氧化物变阻器(MOV)保护继电器,但除此之外,您所能做的很多事情都不会消除作为继电器的优点。

我建议您通过明确声明它是控制继电器而不是功率继电器来更改规格。对于最大额定负载,我会非常保守。


“功率”继电器通常被称为“接触器”,它使用螺线管移动触点来中断两侧的电流。我已经看到并使用了750 VAC 350 amp 3极的怪物接触器。您对OP的困境是正确的。
Sparky256 '18

@ Sparky256是的。但是10A DIN导轨和2A PCB版本之间存在差异。
Jeroen3 '18

这是OP的课程,以学习...
Sparky256
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