Spannungsschutz „Nahbereich“ mit TVS

Frage zu einem konkreten Szenario:

In einer (Fahrzeug-) Umgebung, in der eine "normale" Spannung zwischen 24 und 29 V liegt, habe ich eine Schaltung, die den 5-V-Linearregler NCV7805BTG verwendet, um 5 V für einen ATTiny zu liefern.

Ich möchte diesen Stromkreis vor Spannungsspitzen beim (Sprung-)Starten oder beim Einsatz schwerer Geräte, z. B. einer Winde, schützen, die Spannungsschwankungen verursachen können. Ich habe gelesen, dass beim Starten Spannungsspitzen von bis zu 180 V auftreten können.

Das NCV7800-Datenblatt ist (zumindest für mich) etwas vage über die absolute Maximalspannung für diesen Regler. So wie ich es gelesen habe, sind es 40 V.

Ich dachte daran, eine TVS-Diode zu verwenden, aber wie ich es verstehe (und ich bin neu darin, also kann ich es falsch lesen), würde ich ein TVS mit einer Arbeitsspannung < 29 V und einer Klemmspannung von max. 40V. Richtig? Es scheint jedoch keine solche TVS-Diode zu existieren. Ich denke, der nächste ist ein 15KE30A, der bei 28,5 V zusammenbricht und eine Klemmung von 41,5 V hat.

Was soll ich machen? Und wie schlimm ist es, wenn es etwas früher kaputt geht (Wärme?/Leistungsverlust)? Vielleicht sollte ich stattdessen Zener verwenden (wie?)?

Nun, es besteht die Möglichkeit, dass ich darüber nachdenke, daher ist jede Felderfahrung zu diesem Thema willkommen! Danke!

-- Der Grund, warum ich den NCV7800 verwende, ist, dass es der einzige Durchgangslochregler ist, den ich finden konnte, der 5 V liefern kann und eine Kfz-Einstufung hat. --

Ein 7805, der von 24-29 V auf 5 V heruntersteigt, wird viel Wärme abführen, wenn ein signifikanter Strom darauf fließt. Bist du sicher, dass du das so machen willst? Im Normalbetrieb werden an dem Ding über 20 V anliegen.
ATTiny wird weniger als 300 mA ziehen. Ich schätze eher 100-200 mA
300 mA * 20 V sind sechs Watt, was ziemlich viel ist.
Ich hatte nicht bemerkt, dass sich das so schnell summiert. Siehe Anmerkung unten. Es stellt sich heraus, dass die Schaltung etwa 0,2 W im Leerlauf und 2 W in der Spitze benötigt.
Die Schaltung tut? Oder ist das die Verlustleistung in Ihrem Regler?
Die Schaltung tut es. Es gibt ein paar Transistoren und MOSFETs auf ein paar IO-Pins. Auch gemessen mit 12 V statt 28. Bei 28 V im Leerlauf bei 0,8 W, Spitzenstrom bei 3,2 W. -- Ich betreibe es jetzt eine Weile auf einem KA78M05TU.. bisher wird es warm, aber nicht heiß.. noch nicht..

Antworten (1)

Du hast recht mit deinem Verständnis.

Solange die maximale Durchbruchspannung des TVS jedoch bequem innerhalb Ihrer Obergrenze von 40 V liegt, wird es Ihnen wahrscheinlich gut gehen, da die Spitzen vom TVS weitgehend unterdrückt werden.

Sie möchten sicherstellen, dass die Abstandsspannung (V R oder V SO ) über der Spannung liegt, mit der Sie laufen möchten. Wenn Sie normalerweise mit bis zu 29 V arbeiten, ist ein 28,5-V-Fernseher nicht ideal, ein 30-V-Fernseher wäre besser.

Sie könnten zusätzlich so etwas wie einen 10R-Widerstand in Reihe mit der Stromleitung hinzufügen (mit dem TVS auf der Reglerseite des Widerstands). Dies würde die Spitzenspannung weiter begrenzen, indem es als Potentialteiler mit dem TVS wirkt.

Ich würde mir jedoch mehr Sorgen um Ihre Wahl des Reglers machen. Ein Linearregler wandelt die gesamte überschüssige Spannung in Wärme um, indem er sie über einen als Widerstand wirkenden Transistor abführt. Bei einem 25-V-Eingang und einem 5-V-Ausgang bedeutet dies, dass 80 % der Energie verschwendet werden und der Regler viermal mehr Energie verbraucht als Ihre Last.

Selbst das Ziehen von 50 mA, was mit einer kleinen MCU problemlos möglich wäre, würde zu einer Verlustleistung von 1 W im Regler führen - es wird sehr warm. Bei Ihrer Schätzung von 100 mA bis 200 mA sehen Sie eine Verlustleistung von fast 4 W, die ernsthaft gekühlt werden muss - zumindest einen großen Kühlkörper und einen anständigen Luftstrom. Ohne Kühlkörper sehen Sie einen Temperaturanstieg von etwa 65 * C / W (aus dem Datenblatt) - 4 W würden Sie also auf knappe 260 * C über der Umgebung bringen.

Eine bessere Option wäre eine Schaltreglerschaltung, die von 24-29 V auf etwas Vernünftigeres wie etwa 6 V herunterfährt, und dann ein Linearregler, um diese auf 5 V zu senken. Die Verwendung eines Linearreglers für das letzte bisschen hilft, einen Teil des Schaltrauschens vom DC-DC zu reduzieren.

Eine alternative einfache Lösung für das Wärmeproblem wäre, den Widerstand so zu wählen, dass er bereits einen guten Teil der Leistung abführt (vorausgesetzt natürlich, Sie wählen einen Widerstand, der damit umgehen kann). Wenn die Stromaufnahme niedriger ist, fallen Sie mehr über Ihren Regler, aber das ist in Ordnung, da der Strom niedrig ist. Mit zunehmender Höhe übernimmt der Widerstand immer mehr Ihrer Verlustleistung.
@JorenVaes Es muss immer noch die gleiche Wärmemenge abgeführt werden. Alles, was Sie tun, ist, es vom Regler zu einem Widerstand zu verschieben.
Natürlich. Ich dachte an die Temperatur - die Verteilung auf mehrere Ableitgeräte verringert den erforderlichen Kühlkörper. (vorausgesetzt, es ist genügend Umgebungsströmung vorhanden)
Ich hatte nicht wirklich bemerkt, dass es sich so schnell summiert. Ich habe gerade die Schaltung überprüft, sie benötigt im Leerlauf nur 8 mA (was sie meistens tun wird). Der Spitzenstrom, den ich gesehen habe, lag bei 74 mA. Das sind 0,2 W Leerlauf bis 2 W Spitze.
Entschuldigung. Ich hatte meine Spannung falsch eingestellt. Bei 28 V werden im Leerlauf 28 mA benötigt (was meistens der Fall sein wird). Der Spitzenstrom, den ich gesehen habe, lag bei 116 mA. Das sind 0,8 W Leerlauf bis 3,2 W Spitze.
Ich habe die Antwort akzeptiert, danke dafür. Ich habe das Gefühl, wir driften etwas vom Thema ab. Danke für den Hinweis zur Wärmeerzeugung, ich schaue mir jetzt alternativ DC-DC-Controller an. - Nebenbei bemerkt, ich benutze die Schaltung jetzt tatsächlich mit einem anderen Regler (KA78M05TU) und ja, der Regler wird warm, aber nicht zu heiß zum Anfassen. Trotzdem spüre ich die Temperatur. zunehmen, also ist es wahrscheinlich eine Frage der Zeit.
Spannungsschutz „Nahbereich“ mit TVS
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