Kfz-Stromversorgung – Überlegungen zur Auswahl der Sicherung

Eine Stromversorgungsschaltung für ein Gerät, das mit der 12-V-Batterie eines Autos betrieben wird, ist unten dargestellt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

LM7805 wird verwendet, um eine 5-V-Versorgung für die Schaltung zu erzeugen - der maximale Laststrom beträgt 200 mA. Eine Vorwärtsdiode und eine TVS-Diode werden als negativer/positiver Spike-Schutz (Load Dump) verwendet. Und ein 10R, 2W-Widerstand wird verwendet, um den Einschaltstrom aufgrund der 470uF-Kappe am Eingang des LM7805 zu begrenzen. Um ein Auslösen während Lastabwurf- oder Einschaltstromereignissen zu verhindern, verwende ich eine träge 3-A-Sicherung (1,27 A2s).

Fragen:

  1. Eine normale Stromüberlastungssituation ist der Einschaltstrom aufgrund der 470-uF-Kappe (Einschaltstrom = 1,2 A, kann jedoch das Vierfache dessen betragen, wenn beim Start eine große positive Spitze auftritt). Wie berechne ich die Impulsdauer des Einschaltstroms?

  2. Eine weitere normale Stromüberlastungssituation ist ein Lastabwurf, bei dem gemäß ISO-7637-2 Impuls Nr. 5 die Impulsdauer bis zu ~500 ms (Vp ~ 100 V) betragen kann. Vc für die von mir verwendete TVS-Diode beträgt 30 V, sodass die Schaltung aufgrund eines Lastabwurfs möglicherweise einen Stromimpuls von (100-30) / 10 = 7 A für 500 ms sehen könnte. Ist meine Berechnung korrekt?

3. In Anbetracht des oben Gesagten verwende ich eine träge 3-A-Sicherung, die jedoch möglicherweise nutzlos ist, wenn man bedenkt, dass der LM7805 verhindern sollte, dass mehr als 1,5 A durch den Stromkreis gezogen werden, und wenn der Eingangsknoten des LM7805 kurzgeschlossen wird, dann maximal 12 V / 10 R = 1,2 A (nominal) würde durch die Schaltung fließen. Diese 1,2 A würden ausreichen, um den Widerstand durchzubrennen, und sind daher besorgniserregend. Wenn ich jedoch einen niedrigeren Nennstrom für die Sicherung verwende (z. B. 1 oder 1,5 A), kann sie während einer der beiden oben genannten Situationen mit normaler Stromüberlastung explodieren. Und wenn ich aufgrund von Temperaturwechseln und Temperatur einen Derating-Faktor von 0,5x nehme, könnte eine 1- oder 1,5-A-Sicherung in ein paar Monaten viel leichter durchbrennen. Auch ich nicht

  1. Welche Situationen könnten tatsächlich zu einem Kurzschluss gegen GND an einem der mit 7805 i/p verbundenen Knoten führen? dh, vorausgesetzt, das Gerät ist mechanisch robust, sollte ich mir dort immer noch Sorgen über einen möglichen Kurzschluss zu GND machen?
Woher kam die Schaltung, dh stammte die Schaltung von einer seriösen Autoseite, die gute Ideen für so etwas bietet?
Die Schaltung ist meine eigene - basiert aber auf Recherchen und Beispielen. Insbesondere glaube ich, dass die allgemeine Struktur der Schaltung üblich sein könnte (für eine lineare Reglerschaltung gibt es auch Schaltmodusschaltungen). Aber die Werte würden sich je nach Anwendung unterscheiden (hauptsächlich Laststrom, würde ich denken).

Antworten (1)

Denken Sie zuerst darüber nach, was der Zweck der Sicherung ist. Grundsätzlich möchten Sie nicht, dass alles, was durch die Sicherung geschützt wird - Komponenten, Kabel, Anschlüsse - in Flammen aufgeht, bevor die Sicherung unter Fehlerbedingungen durchbricht (entweder einfach oder doppelt, je nachdem, wie sicher Ihr Design sein soll Sei). Denken Sie daran, dass das System beim Auftreten des Fehlers bereits beschädigt ist und die Sicherung nur dazu da ist, einen gefährlichen Ausfall zu verhindern.

Lassen Sie uns also die Fehlerpfade in Ihrer Schaltung analysieren:

  1. die Verkabelung oder Anschlüsse zwischen der Sicherung und dem Gerät kurzschließen.
  2. D1 defekter offener oder geschlossener Stromkreis.
  3. 10-Ohm-Widerstand, der im offenen oder geschlossenen Stromkreis ausfällt.
  4. D2, Kondensator oder Regler defekt offener oder geschlossener Stromkreis.

In Szenario (1) muss die Sicherung nur durchbrennen, bevor die Verkabelung durchbrennt. Wenn die Drähte also nicht besonders dünn sind, wäre selbst ein sehr hoher Wert in Ordnung. Bei (2) und (3) besteht kein Kurzschlussrisiko. Szenario (4) ist dann, wo Sie anfangen, ein Problem zu sehen. Wenn einer dieser geschlossenen Schaltkreise ausfällt, fließt Strom in einer Schleife durch D1 und den 10-Ohm-Widerstand. Dadurch werden mehr als 10 W durch Ihren Widerstand geleitet, was seine Nennleistung übersteigt. Trotzdem stellt dies möglicherweise kein gefährliches Risiko dar (der Widerstand brennt wahrscheinlich nur durch und ist entweder kurzgeschlossen - was dann die Sicherung durchbrennt oder den Stromkreis unterbricht), aber Sie möchten möglicherweise entweder die Sicherung auf eine Größe reduzieren, die dies schützt, oder Holen Sie sich einen nicht brennbaren Sicherungswiderstand (den Sie wahrscheinlich sowieso für die Lastabwurfbewertung benötigen).

Beachten Sie nebenbei, dass die Batteriespannung bei Kaltstartbedingungen leicht auf 7 V oder weniger fallen kann. Ihre Schaltung in ihrer jetzigen Form bietet nicht genügend Spielraum, um zu verhindern, dass der Regler ausfällt, sodass Sie möglicherweise Ihr Design überdenken müssen, wenn dies ein Problem darstellt.

Denken Sie auch daran, dass die meisten modernen Fahrzeuge einen zentralen Load-Dump-Überspannungsschutz an der Lichtmaschine haben, sodass einzelne Module nicht davor geschützt werden müssen. Dies macht das Erreichen eines Kaltstartspannungsbetriebs viel einfacher.

Danke. Dies würde tatsächlich in einigen alten Modellen funktionieren, sodass ich mich möglicherweise nicht auf den zentralen Lastabwurf-Überspannungsschutz verlassen kann.
Ja, das wird bei älteren Autos ein Problem sein. Haben Sie darüber nachgedacht, einen Regler für die Automobilindustrie zu verwenden? Maxim, Infineon usw. stellen solche mit eingebautem Load-Dump, Verpolungsschutz usw. her. Kfz-Zubehör für ältere Autos muss ziemlich robust sein, und es könnte die zusätzlichen Kosten wert sein, ein spezielles Gerät zu verwenden.
Einverstanden und darauf werde ich beim nächsten Mal wahrscheinlich bestehen! Nur, dass für dieses spezielle Produkt die Kosten ein großer Faktor waren und ich etwas Robustes innerhalb eines Budgets entwerfen musste. Die Leiterplatte ist bereits einsatzbereit und praxiserprobt – funktioniert unter Nennbedingungen. Aber ich möchte sichergehen, dass ich nichts übersehe - besonders in Bezug auf die Sicherung, weil es ein bisschen schwierig zu sein scheint, es richtig zu machen.
In diesem Fall würde ich einfach einen 2-3A langsamen Schlag machen, wie Sie zuerst dachten. Dies schützt Sie vor schlechter Verkabelung durch einen Installateur (was meiner Erfahrung nach der häufigste Fehler ist) und begrenzt die Leistung, die in das System eingespeist werden kann, auf etwa 30 W, was nicht viel Schaden anrichten kann.
Kfz-Stromversorgung – Überlegungen zur Auswahl der Sicherung
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