LEDuri pe automobile vs varfuri tensiune (surge protection))

[Dxxx]

-  Sa dezbatem cum ne protejam LEDurile pretioase montate pe automobile  -

 

A folosi LEDuri pe automobile pare relativ simplu, este suficienta tensiune chiar si pentru mici stringuri, cu driver pasiv  sau activ (serial, in comutatie).

 

Ce ne facem insa cu varfurile pozitive/negative suprapuse peste tensiunea nominala (eng = surges)?

 

Termenul consacrat de contracarare a acestor varfuri este din nou in engleza - "surge protection"

O cautare simpla pe Goo... ne pune rapid in tema, deci ne asteptam la varfuri pana la 70-100V pentru masinile cu 12V si pana la 200V la cele cu 24V.

Varfurile de cauza inductiva  pot fi repetitive, insa a le contracara este relativ simplu datorita energiei mici corespunzatoare unor durate de microsecunde.

Marea problema este insa  "load dump" (nu am traducere) adica contact prost/intermitent al bateriei generand impulsuri care pot ajunge la 0,5 secunde - asta nu poti rejecta cu circuite pasive.

 

Din aceasta cauza electronica auto (calculatorul masinii) sunt bine protejate ca sa reziste la asa ceva. Chiar si magistralele seriale la care conectam cablurile de diagnoza sunt protejate.

(in plus computerul masinii mai are o problema, care insa nu e importanta pentru LEDuri: cum sa faca sa nu se reseteze atunci cand tensiunea scade undeva la jumatate atunci cand se actioneaza demarorul)

 

 

Solutii

 

In primul rand ce nu putem folosi:

- filtre pasive "trece jos" cu inductante si capacitoare - ar fi bune doar pentru impulsuri scurte, cu energii care ar "incape" sa fie stocate in reactantele respective.

Nu rezist si bag si metafora: ar fi ca si cum vrei sa opresti un tsumani cu o galeata in care sa strangi apa...

- clampare cu varistoare (MOV) - totul OK mai ales energiile mari pe care aceste dispozitive le pot suporta - insa dispozitivele se deterioreaza progresiv, nu vor rezista decat la un numar relativ mic de cicluri.

Asta poate fi acceptabil pe reteaua de 220V~ unde protejeaza eficient impotriva fulgerului, sansa repetarii fiind foarte mica si oricum daca te salveaza de 2-3 ori te gandesti si tu la o revizie.

Insa un contact intermitent deschis la bateria auto va determina in scurt timp epuizarea tuturor ciclurilor de protectie...

 

 

Si ce ne ramane:

- clampare cu TVS

Desi sunt mai "fragile" ca MOV, diodele cu avalansa (TVS) nu acumuleaza degradari la solicitari sub parametrii maximali.

- excludere dinamica pe durata impulsului

Aici ar fi incluse diverse variante care in momentul *** sesizarii tensiunii anormale decupleaza sarcina (adica circuitul protejat)

Stelutele le-am pus pentru ca decuplarea nu se poate face instantaneu, dar e necesar ca intarzierea sa fie minima.

Din cauza asta montajele comuta in general prin intermediul unor MOSFET-i.

Exista solutii cu circuite integrate (Maxim, MOSFET complementari) dar presupun ca gasim ceva si cu discrete...

 

 

Cu asta am facut introducerea, astept comentarii, dar mai ales solutii practice incercate de voi / scheme etc

Editat Mai 27, 2014 de Dxxx

[validae]

Cel mai simplu mod de protejare a ledurilor e prin montarea de diode Zenner în paralel cu fiecare led sau cel puţin pe fiecare şir de leduri. Eu aşa folosesc de mult timp şi nu am probleme cu ledurile (mai ales cele albe fiind foarte sensibile)

[turcu_dan]

Adica? Spre ex. daca presupunem ca avem un sir de 10 led-uri albe, Ualim/led=3.2V, I/led=20mA  - acestea fiind alimentate de la o sursa 32V se conecteaza un zener in paralel cu sirul? Ce valoare este indicat sa aiba zenerul?

[Dxxx]

Dragilor, tema era alimentarea la bordul autoturismului, de ce nu o respectati? Ce 32 V?

 

validae

 

Da , eram sigur ca nu exista perceptia reala a marimii fenomenului, cum am zis incercam sa facem fata la tsunami cu o galeata goala, ca va intra acolo mare parte din apa...

 

Pai sa zicem un Zenner uzual de 0,5W pe 9V (string de 3 leduri albe).

Zennerul are un curent maxim de 0,5w / 9v = 55mA.

Sa zicem ca alimentarea este cu rezistenta serie,

Rezistenta este de (14,2V-9V) : 20mA deci 260 Ohmi. Daca ledurile sunt mai capabile va fi de numai 50 Ohmi pe 100mA si 5 Ohmi per 1000mA

 

Vine impulsul de 100V - curentul va fi:

(100V-9V):260 = 350mA respectiv 3,5A, respectiv 35A

 

Daca pentru leduri de curent mic protectia va merge cu un zenner de 3W, la puterile de ordinul wattilor (da, la ele ma refeream) ajungem in terenul MOV sau TVS.

 

In plus: eu doream un driver "adevarat" adica activ

Asta inseamna ca nu are rezistenta serie deloc sau consideram fractiuni de Ohm pentru impedanta circuitului - deci discutam de potential sute de Amperi.

 

Acolo e problema, despre asta doream sa discutam, incercati mai putin off-topic.

Editat Mai 28, 2014 de Dxxx

[Dxxx]

Exemplu de schema pe care am folosit-o la 24V.

Mi-am permis luxul inserierii unor rezistente pentru ca aveam un consum relativ mic, sub 10W, adica binisor sub 0,5A.

 

http://s25.postimg.org/x0t7jtl7z/24_V_0_5_A.jpg

 

(click pe link ca sa vedeti ca lumea)

 

TVS-urile au fost de 28V, ceea ce inseamna ca incep sa deschida pe la 31V, iar tensiunea ajunge pe la 44V la 60A. Nu am gasit furnizor pentru asa ceva pe aproape, asa ca TVSurile au venit din Anglia.

Apropo de ce se spunea mai sus - ce Zenner ar rezista la asa ceva?

 

Problema care mai se punea era ca ce urmeaza acestui montaj sa reziste la tensiunea maxima preconizata, asa ca am facut urmatoarele adaptari:

- convertorul in comutatie a ramas nemodificat deoarece ICul rezista la varfuri de 45V

- senzorul de curent era realizat cu IC 358, adica de maxim 32V. Ca urmare a trebuit sa pun in fata lui un LM317L (cel mic, de 100mA) care este garantat la 40V, insa flotant, asa ca regland peste 20V la iesire am ajus la tensiuni acceptate peste 60V pe acest versant.

 

Ramane o problema care ma sacaie: nu am pobat functionarea montajului la varfuri de tensiune. Evident ca proba in regim normal a fost trecuta fara probleme, cu exceptia unei mici caderi de tensiune existanta acestui montaj poate fi neglijata pana in momentul aparitiei tensiunii tranzitorii.

 

 

Off-topic pentru Validae:

 

- m-am gandit putin si chiar imi scapa: cum protejezi tu un led de 10W alb (tensiunea in functie va avea probabil dispersie intre 3,3 si 3,8V in functie de exemplar) pus la 100% putere????

- unde gasesti un Zenner care sa comute fix la 3,8V si atunci sa comute atat de brusc cat sa mai si protejeze ceva...

- mai rau: punctul ala ar tebui sa fie 3,8 pentru un LED lenes si 3,3 pentru unul mai nervos. Iti dai seama ca daca pui pragul de 3,8 la cel nervos care are deja 3A la 3,3V atunci protectia e iluzorie.

- cam ce Zenner ar fi ala care sa sunteze citiva Amperi buni?

- ce faci cu variatia termica a tensiunii Zenner???

 

Probabil ca ce propui tu ar merge daca si numai daca ai o droaie de Zennere de mare putere ca sa selectezi si daca incarcarea pe LED ar fi de numai 10%, maxim 20% in asa fel ca cresterea nepericuloasa a tensiunii pe LED (cu curentul crescand exponential) sa intersecteze intrarea in conductie a Zenerului.

Pai si de ce atata cazna inutila daca un driver activ sesizeaza modificari ale curentului sub 1%.

 

Eu nu numai ca zic, dar sunt convins ca protectia cea mai buna este un driver bun, reproductibil si insensibil termic cu care te poti apropia in siguranta de curentii maximali, atat timp cat ai rezolvata bine racirea.

Sa nu intelegi ca recomand cuiva sa foloseasca la 10W un led cu 10W maximali, aia ar fi prostie, mai ales ca la curenti mici creste randamentul.

Editat Mai 28, 2014 de Dxxx

[lutza2]

Ledul este un zenner. E un fapt, n-aveti ce face.

[UDAR]

”Nu am gasit furnizor pentru asa ceva pe aproape, asa ca TVSurile au venit din Anglia.”

Are și polonezul de 400, 600 și 1500 W.

[lutza2]

Eu tot nu inteleg nimic, mai ales din raspunsul dat lui validae.

Ce se vrea in topicul asta ? Ori protejezi un LeD la tensiuni peste 3,8V , se zicem, ori protejezi un montaj electronic alimentat in 24V la tensiuni peste 44V ? care montaj trebuie sa mearga ok la 44V.

[Dxxx]

Sunt convins ca gasim si prin Polonia.

Situatia de fapt este ca am preferat sa fac o comanda mai mare la furnizorul meu si TVS nu exista in stoc decat in UK, de unde au venit la fel de repede ca celelalte piese. Oricum daca pe filiera Polonia ar fi mai ieftine nu ar fi meritat transportul separat. Sunt de 600W unidirectionale, 60A.

 

OK Udar - ceva experienta cu asa ceva? Idei cum sa testez functionalitatea circuitului? Hai ca poate miscam lucurile in directia buna.

 

Am idee si de o schema cu deconectarea sacinii pe timpul transientului, insa pana nu punem la punct o metoda de testare ma abtin...

 

 

lutza2

Eu am scris acolo pe romaneste, poate mai citesti odata si chiar si intelegi.

Ca sa fie mai clar incerc  inca o data, ca aici sunt gazda:

- sa protejezi LEDul la 3,8V nu este fezabil + nu ar merge cu un simplu Zenner , si chiar nu are nici o aplicatie aici. Posibil sa functioneze doar pentru LEDuri de putere redusa si incarcate foarte modest la 10-20% din maxim.

- nu ai inteles cu 24V si 44V, deci revin cu explicatii, poate ma fac inteles (de tine, sunt convind ca UDAR a inteles). Deci te rog sa citesti pe indelete tot ce urmeaza:

 

1. Surge protection (automotive) are scopul sa protejeze driverul si ledurile conectate la un automobil (deci clar nu numai ledurile)

2. Tensiunea normala in timp ce masina merge este 14,2V la masinile mici si 28,4 la camioane (regulatorul "releul" este responsabil)

3. Deci pentru cazul meu (24V) defapt tensiunea absolut normala este 28-29V, nu intervenim pe ea

4. Folosin diode avalansa de 28V (TVS)

5 Ele functioneaza normal pe blocat pana la ~ 31V, curentul ce trece prin ele neglijabil, deci ca si cum ele nu ar exista in circuit. Evident ca asta se poate si testa foarte usor.

6 Trecand de tensiunea asta incep sa se deschida, prin ele trece curent (mare) deci nu lasa sa mai creasca tensiunea. ASTA AR FI TEORIA, insa in practica deschiderea se face in avalansa insa nu chiar instant, asa ca tensiunea mai creste un pic.

6 La curent maxim 60A tensiunea a ajuns pe TVS la 44V, deci tensiunea asta trece mai departe - este esential ca montajul sa  reziste la acei 44V si eu am descris cum si ce a trebuit adaptat.

7. Este adevarat ca eu am avut luxul de a pune si rezistente serie, care nu vor lasa sa se ajunga la 60A, insa exact asta e esenta - tot timpul sa ai rezerve daca e posibil.

 

Daca ceva e neclar revino si voi incerca sa clarific.

Editat Mai 28, 2014 de Dxxx

[cavit]

Spre deosebire de lasere ledurile suporta mai bine supracurentii, totul e limitat de temperatura maxima a jonctiunii, trebuie sa aveti curbele de impedanta termica pentru a afla daca ledu supravietiueste sau nu la puls, temperatura de pornire fiind cea de functionare normala,

da tvs-urile sunt o solutie buna, vedeti ca sunt si la 5 v puneti cam cu 2 v peste sirul de led care vreti s-al protejati si 2 rezistente mici, in serie intre cacare puneti tvs-ul la masa si dupa ultima ledul, aceste diode suporta curenti mari dar trebuie sa studiati caracteristicile mai cu seama integrala de curent.

termodinamic vorbind, la pulsuri scurte caldura este absorbita adiabatic in dispozitiv, la pulsuri mai lungi apare si disipatia termica, trebuie calculat pe fiecare caz, daca va lasati o margine de siguranta mare puteti sa o faceti si din ochi.

[lutza2]

Eu chiar am pus mana pe niste TVS la lucru. Aici le zice Transient Voltage Suppressors. De aia tot zic ca nu inteleg nimic.

Odata ca sunt reprezentate schematic altfel, ale mele erau bidirectionale de la fairchild, dar linia franta din bot are unghiuri drepte, bun, nu e ceva esential.

A doua chestie e ca nu ma prind de ce pui doua.

Cand zic ca am pus mana chiar le-am alimentat pe o sursa reglabila. Pana la tensiunea scrisa pe ele sunt perfect blocate, dupa care sunt sarma de sarma, de aia ma mir cand zici ca tin 44V in schema ta.

Ori se vorbeste de TVS-uri diferite , ori vorbim povesti, ceea ce chiar nu e cazul (eu am incercat pe smcjxx, unde xx sunt cifre cu tensiunea. E adevarat ca in datasheet e o diferenta intre tensiunea marcata si aia cand e deschisa complet, dar practic nu prea vezi asta ca nu ai cum sa ajungi la 1500W asa usor).

Zii daca vorbesti de aceleasi diode. (ca tip, nu fabricant)

 

edit: cum spune cavit, la pulsuri lungi se dezlipesc de pe cablaj.

Editat Mai 28, 2014 de lutza2

[UDAR]

TVS-urile au trei tensiuni specificate V_{RWM =} Reverse Working Maxim pînă la care absorb un curent neglijabil ( majoritatea sub 5µA) , V_BR = Break Down la care curentul începe să crească brusc ( se măsoară de obicei la circa 1 mA ) și V_CL ( sau V_C ) Clamp , tensiunea maximă la care limitează în momentul cînd este parcursă de curentul maxim = cel care corespunde puterii nominale . Deci limitează, nu se face sârmă.

În rest , desigur,  puterea aia este pentru pulsuri scurte ( 1ms ).

@Dxxx Experiență practică puțină , doar ceva snubbere în flyback-uri cu celebra P6KE200A. Dacă reușesc să-mi conving osciloscopul să meargă în single shot , poate fac ( cândva ) și niște teste. Dacă te tenteză să încerci tu , o să postez aici ideea. Problema e că testul meu verifică dacă TVS-ul face ceea ce scrie în DS , ori eu sunt convins că da , deci nu știu cât e de util... 

[turcu_dan]

-  Sa dezbatem cum ne protejam LEDurile pretioase montate pe automobile  -

A folosi LEDuri pe automobile pare relativ simplu, este suficienta tensiune chiar si pentru mici stringuri, cu driver pasiv  sau activ (serial, in comutatie).

 

Din aceasta cauza electronica auto (calculatorul masinii) sunt bine protejate ca sa reziste la asa ceva. Chiar si magistralele seriale la care conectam cablurile de diagnoza sunt protejate.

(in plus computerul masinii mai are o problema, care insa nu e importanta pentru LEDuri: cum sa faca sa nu se reseteze atunci cand tensiunea scade undeva la jumatate atunci cand se actioneaza demarorul)

 

@Dxxx am avut pe pozitie montate leduri w5w cu 5 buc/ beco-led (chinezarii), unul s-a dus dupa cca 3 ani de zile insa pot sa-ti spun ca acestea au mers cap la cap 2 ani zi de zi, cel putin 2 ore/zi. La schimbare am constatat ca (corpul+soclul) erau pur si simplu coapte s-au sfaramat deci ma gandesc ca principala problema a fost caldura degajata de acestea. Referitor la tensiunea in timpul pornirii, aceasta nu scade la jumatate, caz concret - am schimbat bateria la masina luna trecuta - demarorul invartea - tensiunea era intre 9-10V in acest timp, insa pornirea era greoaie si insotita de fum , deci cel putin in cazul ford dupa ce tensiunea scade sub 10V in timpul pornirii, aceasta nu se mai face in parametrii.

Aceste varfuri tensiune nu sunt absorbite de acumulator? Ce se intampla cu restul echipamentelor daca exista aceste varfuri?(becuri,radiocd..... etc, sunt sigur ca becurile nu sunt protejate)

[Dxxx]

lutza2

- in mare parte ti-a raspuns UDAR

- da TVS = transient voltage supressor

- daca te uitai pe un data sheet nu mai intrebai atatea, dar nu e problema, incercam sa explicam

- tu ai avut bidirectionale, eu unidirectionale (bidirectionale = 2 unidirectionale in paralel si in sensuri opuse) am preferat asa ca au curent mai mare, iar voltajele inverse le-am suprimat deja prin inserierea unei diode normale, care protejeaza si la conectare inversa.

- testul pe care il evoci tu este ca si cand ai spune ca un Zenner are tensiunea perfect independenta de curent, ceea ce ar fi cazul ideal nu real. Adica daca cresteai curentul prin TVS ai fi vazut si cresteri de tensiune, dar discutam de zeci de amperi.

- "nu ai cum sa ajungi la 1500W asa usor" - ba da ajungi la zeci de amperi, exact asta este, energia de care discutam poate fi foarte mare.

 

Eu am dat in primul post termenii in engleza in speranta ca veti cauta personal pe net, nu sa lamurim baza aici

 

UDAR

ma bucur ca am un interlocutor.

Da, evident ca un test in curent continuu am facut, interesant era in tranzitoriu. Si eu sper ca testul ar fi redundant pentru ca face ce e in DS.

 

turcu_dan

- cred ca stii ca timpul spus de tine este mult inferior la 50.000 ore pentru produse de calitate

- in plus nu cred ca ai masurat intensitatea luminoasa emisa sa vezi cat anume a scazut in intervalul asta

- daca lasam "pretentiile" la o parte este imbucuratoare comportarea unor componente cu blazon mai modest

- citeste si tu pe net, cum spuneam mai sus, nu eu am inventat chestia cu jumatate...plus ca nu stiu cu ce ai masurat - un osciloscop, ca sa fie corect sau un AVOmetru care probabil ca nu a prins de fel dinamica...

- sunt impulsuri nu e vorba de fenomene lente, intervin reactante, rezistenta firelor/contactelor - deci da acumulatorul sunteaza ceva, circuitele de protectie cu TVS din comuterul de bord sunnteaza si ele, dar impulsurile tot se propaga si enrgiile sunt mari

- toate componentele au si ele o rezistenta intrinseca la impulsurile astea este chestie generala de materiale, cum ar fi faptul ca o dioda modesta de 1A poate sa reziste in impuls unic si la 200A, daca impulsul este destul de scurt. Becurile in special sunt dispozitive mecanice/termice si au o inertie care le face sa treaca cu bine peste impulsuri, nu existau TVSuri cand s-a facut primul automobil.

Editat Mai 29, 2014 de Dxxx

[cavit]

eu am vazut TVS-uri bidirectionale seamana cumva cu diacurile si pe undeva se comporta cam la fel doar ca au zonele de fringere mai abrupte si caracteristica de rezistenta interna negativa mai atenuata sau nula si am vazut si TVS unidirectionale care seamana pe undeva cu diodele Zenner, am din ambele, functionarea lor se bazeaza pe efectul multiplicarii in avalansa, fac parte din categoria diodelor cu avalansa controlata, distructia lor se datoreaza depasirii temperaturii maxime a jonctiunii, asta se poate studia din diagramele de impedanta termica, la pulsuri scurte absoarbe energia adiabatic, se poate cacula cresterea de temperatura, integrala de curent este un parametru util si intuitiv pentru acest calcul.

la curenti foarte mari explodeaza pur si simplu.

si vmosurile cu avalansa controlata se comporta la fel, pot absorbi singure supratensiunile fara afi nevoie de clampuri sau snubbere, am testa comportamentul in ambele situatii: cu clamp si fara si nu am seszat vreo diferenta de comportament cu exceptia ca fortind jonctiunea in regim de avalansa generau un zgomot puternic de radiofrecventa, principiu folosit si la diodele impatt

din cate stiu si eu ledurile pe masina se duc din cauza supraincazirii si nu a supratensiunilor, va mai spun o treaba am aflat pe ebay, mai nou se fac leduri ieftine cu fir de interconexiune de aluminiu nu din aur, astea mor ele din start fara sa fie suprasolicitate, vezi ca unii se lauda ca ale lor sunt cu fir de aur, atentie la ce cumparati.