Was sind die richtige Größe von Zenerdiode und PTC-Sicherung?

Noob hier. Ich muss einem kleinen, tragbaren Solarstromsystem, das ich zusammenbaue, einen Überspannungsschutz hinzufügen. Die Solar-PV-Anlage hat eine Ladespannung im Bereich von 23–26 V und eine Leerlaufspannung, die bis zu 45 V betragen kann. Die PV-Anlage ist mit einem Solarladeregler verbunden, um ein paar zyklenfeste Batterien aufzuladen. Der "Last"-Ausgang des Ladereglers wird mit einer regulären Spannung verbunden, die eine maximale Eingangsspannung von 30 V hat.

Die Last ist ein Stromkreis mit max. 10 A. Ich muss die Spannung auf 28-29 V begrenzen, um eine Beschädigung des Spannungsreglers zu vermeiden.

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Ich habe mit meiner Recherche begonnen, um das Problem zu lösen, und habe über Brechstangenschaltungen, Zener-Überspannungsschutzschaltungen und TVS-Dioden usw. gelesen. Ich denke, dass ein einfacher Zener + PTC für meine Bedürfnisse gut geeignet ist, aber ich bin absolut ratlos über die Werte . Das Problem, das ich feststelle, ist, dass mein Stromkreis mit 10 A betrieben werden muss, sodass ich mindestens eine 10-A-PTC-Sicherung benötige. Wenn ich digikey nach 10-A-PTC-Sicherungen überprüfe, sind sie alle SEHR langsam, was nach meinem anfänglichen Verständnis bedeutet, dass ich meinen Zener braten werde, bevor die Sicherung Zeit zum Durchbrennen hat.

Ich stecke fest. Die 10-A-PTC-Sicherung (oder eine beliebige Sicherung) schützt meinen Spannungsregler und nachgeschaltete Teile vor Strom, aber die 10-A-Sicherung brennt nicht schnell genug durch, um den Zener zu retten, und wenn der Zener ausfällt, verliere ich meinen Spannungsschutz. - Aha!

Wie schütze ich ein 10 A, 30 V DC-Signal vor Überspannung?

Bearbeiten: Ich habe gerade festgestellt, dass dies meiner Meinung nach grundlegend fehlerhaft ist: Wenn die Batterien schwach oder getrennt sind, kann die Solar-PV nicht genug Strom erzeugen, um den PTC durchzubrennen. Ich hätte vielleicht 1-2A von 50 V, die durch den Zener geleitet werden, und es würde fehlschlagen.

Sie können einen Serien- oder Shunt-Regler oder einen Buck-Boost-Umschalter am Ausgang des Ladereglers verwenden. Haben Sie einen Link zum Hersteller und zur Teilenummer oder zum Datenblatt oder Handbuch oder zu den technischen Daten des Ladereglers? Was ist die Last, BTW?
Abgesehen davon, dass Sie den Zener umdrehen, kann der PTC etwas schneller durchbrennen, wenn Sie den PTC und den Zener in guten thermischen Kontakt bringen. Ansonsten würde ich über eine andere Schaltung nachdenken. Ich denke darüber nach, die Spannung zu überwachen und einen FET (im Shunt) einzuschalten, wenn die Spannung zu hoch wird.
@EM-Felder - keine Teilenummer oder Datenblatt; Es ist ein supergünstiges chinesisches Gerät. Sie funktionieren, aber es ist kein hochwertiges Gerät.
@George Herold - Es hört sich so an, als ob der "einfache Zener + PTC" nicht gut für diese Anwendung geeignet ist? Der FET-Vorschlag interessiert mich, obwohl ich ihn nicht wirklich verstehe ;) Mir ist auch gerade klar geworden, dass ich ohnehin nicht die Kapazität habe, den PTC zu sprengen, wenn meine Batterien leer sind!
Fünf Fragen: 1) Wie hoch ist die Batteriespannung? 2) Wie hoch ist der maximale Kurzschlussstrom (Isc) der Solaranlage? 3) Verwendet der Controller eine Leistungsumwandlung im Schaltmodus? Mit anderen Worten, ist es möglich, dass der Ausgangsstrom des Reglers größer sein kann als der Stromeingang von der Solaranlage? 4) Wie groß ist die Kapazität (in Amperestunden) der Batterie? 5) Was ist der Batterietyp (Blei-Säure?, und wenn ja, ist es geflutet oder Gel oder AGM)?
Ich wollte eine Schaltung posten. (Ich bin mir nicht sicher, ob das funktionieren würde, ich bin kein Power-Typ.) (Fet-Speisung durch Operationsverstärker, mit Spannungsreferenz an einem Eingang und Spannungsteiler von der Versorgung am anderen. Mit vielleicht einem Widerstand in Reihe mit dem fet.) Aber mich beschäftigt Ihre Frage. Soll diese Schaltung nur im Fehlerzustand arbeiten? (Die Ladereglerbox in Ihrem Schaltplan fällt aus) oder soll sie die ganze Zeit in einem Überspannungszustand funktionieren? Für Letzteres sollten Sie sich nach Buck- oder Buck-Boost-Wandlern umsehen, wie von EM-Feldern vorgeschlagen.
@mkeith 1) 2x 12-V-Marine-Deep-Cycle-Drähte in Reihe für 24 V 2) Ich kenne den ISC des Arrays und des Manf nicht. Spezifikationen enthalten es nicht tinyurl.com/n59t9o3 3) Weiß auch nicht, der Controller gibt dies nicht an 4) 120 AHr 5) geflutete Bleisäure
@Geord Herold - es ist nicht dafür ausgelegt, die ganze Zeit zu arbeiten, ich suche keine Laufzeitspannungsregelung oder -konditionierung. Ich brauche Schutz vor Spannungsspitzen, wenn der Laderegler fälschlicherweise die Leerlaufspannung des PV-Arrays durchläuft, die 38 V bis 44 V betragen kann. Dies geschieht, wenn der Laderegler die PV-Array-Versorgung zur Last durchleitet und Sie die Last trennen – es kommt zu einer plötzlichen Spitze der Leerlaufspannung.
@ SteveK, wie wäre es dann mit der Nennleistung der Solaranlage?
Wenn Sie nur ein 45-W-Solarpanel haben, müssen Sie sich keine Gedanken über die Ableitung von 10 A * 30 V im Zener machen. Die Spezifikationen des Aleko-Panels sind an anderer Stelle online verfügbar. Bestätigen Sie also bitte, ob Sie Aleko haben und wie viele Sie haben. Batterien können eine 30-V-Last nicht mit Strom versorgen, daher sind die Batterien zu diesem Zeitpunkt nicht im Bild.

Antworten (1)

PTC-Sicherungen können in gewisser Weise wunderbar sein, aber sie sind nicht sehr gut darin, Überspannungsschutz für Zener-Clamp-Schaltungen zu bieten. Angenommen, man hat einen Zener, der absolut starr auf genau 30,0 Volt klemmt, der PTC hat eine Auslöseverlustleistung von 7 W (aus dem Datenblatt eines 32-V-10-A-Geräts entnommen), und die Versorgung speist genau 30,5 Volt ein. In diesem Szenario würde der Widerstand des PTC auf 0,035 Ohm ansteigen und auf unbestimmte Zeit dort bleiben und 14 Ampere passieren. In einem solchen Zustand würde der PTC problemlos kontinuierlich 7 Watt abgeben, aber der 30-Ampere-Zener müsste 420 Watt abgeben – nicht nur kurzzeitig, sondern auf unbestimmte Zeit. Beachten Sie, dass bei einem Anstieg der Versorgungsspannung der Strom durch den Zener (und die Leistung, die er ableiten müsste) erheblich abfallen würde, aber in vielen Szenarien liegt eine niederohmige Versorgung genauso wahrscheinlich leicht über der erforderlichen Spannung wie massiv vorbei sein.

Wenn Sie einen PTC mit einem Shunt verwenden möchten und nur daran interessiert sind, Überspannungsbedingungen zu überleben, anstatt durch sie arbeiten zu können, würde ich vorschlagen, eine Schaltung zu verwenden, die selektiv kurzschließt, um die Spannung nach dem PTC zu erden. Wenn eine solche Schaltung auslöst, wird viel Leistung im PTC und relativ wenig in der Schutzschaltung verbraucht. Unter solchen Umständen ist der Schaltungsbetrieb nicht möglich, aber nachgeschaltete Geräte können verwendet werden, sobald alles abgeschaltet ist und der PTC zurückgesetzt werden kann.

Poly-Sicherungen und Zener werden üblicherweise für den Überspannungsschutz verwendet. Der Zener macht die Überspannung und das Poly "bläst", um den Zener vor zu viel Hitze zu schützen. Sie stellen sogar Geräte in einem her ... suchen Sie nach Polyzen-Sicherungen.
@GeorgeHerold: Eine integrierte Zener + Polyfuse-Kombination könnte recht gut funktionieren, wenn die Wärme des Zener garantiert die Sicherung auslösen würde, bevor der Zener zerstört wird. Die Verwendung separater Komponenten für diesen Zweck kann praktikabel sein, wenn kleine Sicherungen bei niedrigen Spannungen verwendet werden, aber die Tatsache, dass Überspannungsbedingungen dazu führen können, dass der Zener viel mehr Leistung abgibt als die Sicherung, würde darauf hindeuten, dass solche Konstruktionen nur verwendbar sind, wenn die Sicherung selbst dies nicht kann viel Leistung ableiten, und somit kann ein Zener eine größere Menge an Leistung ableiten, ohne zu viel zu kosten.
PolyZen stellt integrierte Schutzvorrichtungen her. Ich bin mir nicht sicher, ob sie etwas für dieses Leistungsniveau haben, aber es könnte einen Blick wert sein.
@Supercat - "... nur daran interessiert, Überspannungsbedingungen zu überleben ..." - ja, das will ich. Der Überspannungszustand ist eine Ausnahme und sollte nicht auftreten, wenn ich das richtige Verfahren befolge. Allerdings bin ich ein Mensch und werde mich manchmal nicht an das Verfahren halten, und ich möchte nicht, dass die Ausrüstung gebraten wird, während ich 4 Stunden von der nächsten Autobahn entfernt tief im Busch bin. Ich folge nur etwas Ihren Wärme- / Stromberechnungen (ich werde es mehrmals nachlesen). Ihr zweiter Absatz klingt jedoch interessant und könnte das sein, was ich brauche. Ich bin zwar ein Noobie und verstehe nicht, wie eine solche Schaltung aussehen würde.
Unterhaltsame Tatsache - manchmal hat man Glück und der Zener fällt kurzgeschlossen aus, in diesem Fall funktioniert die Sicherungs-Zener-Kombination tatsächlich. Keine empfohlene Designtechnik, obwohl ...
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