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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dimensionierung TVS Diode


Autor: Hanno Gerdes (Gast)
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Nabend.
ich versuche gerade für eine schaltung die tvs diode zu verstehen.
ich habe hier einen p-kanal mosfet den ich im kfz bereich einsetzen
möchte. der hat eine max. drain source spannung von 35V und soll später
mal so etwa 2A last an 12V steuern. die tvs muss also spannungsspitzen
die grösser 35V sind abfangen..soweit verstanden :)
jetzt habe ich weiterhin gelesen das es bei der dimensionierung drei
wichtige parameter gibt:
1.Vc = Begrenzerspannung
2.Vwm = Sperrspannung
3.Pppm = Impulsverlustleistung.
ich verstehe noch nicht so den unterschied zw 1. und 2.. wenn mir da
wer helfen könnte?!
bei 3. wird dann, so denke ich, die "stabilisierte" spannung
genommen, und in der i/u kennlinie der entsprechende strom abgelesen.
das produkt bildet die leistung. stimmt das so?! da stellt sich das die
frage welches die stabilisierte spannung ist...Vc oder Vwm?
danke für eure hilfen
gruß Hanno

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Hanno

ich denke Du meinst mit TVS-Diode eine Transzorb-Diode. Diese
Schutzdioden verkraften in der Regel einfach etwas mehr
(Kutzzeit-)Leistung als eine normale Zenerdiode. Aber von einer
stabilisierten Spannung kann bei den Dingern nicht gesprichen werden.
Wenn Du Dir mal ein datenblatt anschaust, wirst Du sehen, daß die
angegeben Spannungen sich auf einen bestimmten Strom beziehen. Bei der
Auswahl der Typen mußt Du das berücksichtigen. Das heißt wenn Du nur
ganz schmale, also niedrigenergetische Überspannungspulse erwartest,
könntest Du theoretisch eine 33Volt type verwenden, das ist einer der
Spannungswerte die - weiß ich jetzt nicht, hab kein datenblatt da-
sagen wir mal bei 1mA anfällt. Bei größeren Strömen ist die Spannungan
der Diode auch mal deutlich höher. Also evtl dann doch eine Type mit
niedrigerer Spannung wählen. Die Auswahl der Diode muß auch periodische
"normale" Überspannungen berücksichtigen. Denn die Dauerbelastbarkeit
(thermisch) vonsolchen Dioden ist zumeist eher gering (so 3 Watt schätz
ich mal).
Also schau mal im Datenblatt, da dürfte auch irgendwo stehen, worauf
sich die angegebenen Spnnungswerte beziehen (DC-Dauerspannung,
periodische Spitzenspannung..., evtl auch AC-Werte).

Gerhard

Autor: Gerhard Gunzelmann (Gast)
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Nochmal ich

ich hab gerade bei meiner datenblattsammlung ein datenblatt gefunden:

Beispiel TVS324:
Maximale DC-Dauerlast 24 Volt, bei einem Strom 1uA
Beginn des Durchbruchs bei 28,4 Volt bezogen auf einen Strom von 1mA
Die Spannung darf/kann aber bis zu 42 Volt ansteigen, da fließt dann
ein Strom von 3,6A.

Ein bisschen wird man bei der Auswahl der richtigen Diode vom
Hersteller alleingelassen. Das heißt, daß die Spannung durchaus auf 42
Volt steigen kann, wenn der "Lieferant" der Überspannung dabei so
niederohmig ist, daß er 3,6A packt. Wenn Du jetzt bloß ein Relais an
dem Transistor hast, wird die Überspannung beim Abschalten keinen Strom
von 3,6A liefern. Also könntest Du mit der TVS324 hinkommen.

Das Datenblatt ist übrigens von microsemi, zu finden über
www.datasheetarchieve.com, suche nach TVS33

Gerhard

Autor: Hanno Gerdes (Gast)
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transorb dioden sind suppressor dioden..ist nur ein trademark wie zB
transil bei st. wir sprechen also vom gleichen bauteil.
soweit ich verstanden habe ist die tvs dank kleinerer
sperrschichtkapazität eigentlich nur ne schnellere z-diode, die (das
hattest du auch gesagt) kurzeitig grosse leistungen aufnhemen kann.
weil eine z-diode das nicht kann, muss bei dieser üblichweise auch ein
vorwiderstand eingebaut werden, der den durchbruchstrom begrenzt.  es
ist also eigentlich schon eine art stabilisierung würde ich behaupten,
wenn auch keine konstante, denn so wie ich das sehe,  könntest du eine
z-diode auch einfach durch ne tvs ersetzen.
ich habe mich jetzt konkret auf einen typen der firma st eingeschossen:

SMAJ18A (zB bei Farnell, von st wird dieser typ für kfz empfohlen)
im kfz haben wir max so 13,5V bei laufendem motor..also sollten die 18V
io sein, denke ich..
sperrspannung bei dem ding (Vwm) ist 18V...Strom bei Vwm = 1µA
Begrenzerspannung (Vc) ist 29,2V dabei ist Ippm = 13,7A
Vc * Ippm = Pppm (hier ~400W)
ich sehe das also so, das ab 18V die diode leitfähig wird..allerdings
mit noch relativ hohem widerstand (18V/1µA). mit zunehmender spannung
fällt der innenwiderstand ab, bis auf (29,2V/13,7A) für vereinzelte
kurze spannungsspitzen. danach verabschiedet sich das gute stück.
die frage ist ob das bordnetz so niederohnmig ist, das es mehr als
diese 13,7A bei den impulsen liefern kann? falls ja brauch ich nämlich
dioden die eine grössere leistung aufnehmen können, oder alternativ
eine diode die eine kleinere sperrspannung (zB 15V) hat.

Autor: Wiesi (Gast)
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Nun, Spannungsspitzen sind ja wie schon der name sagt eher kurz.
Schaltet man normalerweise eine Drossel vor, die extrem kurze
aber energiereiche Spitzen schon mal blockiert.

Für einen Vorschlag dieser Link:

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

(Ist auch der Rest recht interessant)

   Wiesi

Autor: Hanno Gerdes (Gast)
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ich störe mich so ein bisschen an dieser drossel. well du 1A oder so
hast mag das io sein. was aber wenn du zB mit nem mosfet die
blinkanlage standlich abblendlich etc steuern willst und plötzlich
ströme von sagen wir 10A auftreten?! wo bekommt man solche spulen her??

zu der angegebenen schaltung: die P6KE22A ist leider kein smd
bauteil..deshalb kann ich sie nicht gebrauchen. das ding hat jedoch bei
30,2V einen maximalen strom von rund 20A (Pppm ~600W)...das sagt mir
jetzt zwar, das ein kfz bei 30V die 20A nicht bringen kann, aber hilft
mir im bezug auf obere frage ob es die 13,7A bringt nicht so recht
weiter.

Autor: Wiesi (Gast)
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Die Drossel hat zum Glück nur 47uH. Da dürften die Abmessungen auch
bei größeren Stromstärken nicht überdimensional werden - für eine
SMD Ausführung wird sie aber sicher zu groß.

Die Drossel ist aber insofern wichtig, als dass die Diode nicht
beliebig schnell reagieren kann und sonst evtl. sehr schnelle
Impulse durchlässt.

Da das KFZ Bordnetz recht niederohnig ist (weil alleine für eine
Brems/Rückleuchte müssen ja schon rund 2A rüber) denke ich mal dass
die kurzzeitigen Ströme dabei sehr hoch sein können.

Die Testverhältnisse für Geräte am KFZ Bordnetz sind:
(Übrigens aus meinem Link)

 * Impuls 1: -100V, Anstiegszeit 1us, Dauer 2ms, Innenwiderstand
   10Ohm, Wiederholrate 0,5 bis 5s, Prüfdauer 5000 Impulse.
 * Impuls 2: +100V, ansonsten wie Impuls 1
 * Impuls 3a und 3b: Impulspakete aus Impulsen mit -150V (3a) bzw.
   +100V (3b), mit Anstiegszeit 5ns, Dauer 0,1us, Innenwiderstand
   50 Ohm, Wiederholrate 100us, Paketdauer 10ms, Pause zwischen
   Paketen 0ms, 1 Stunde Prüfdauer.
 * Impuls 4: -7V über 20 Sekunden
 * Impuls 5: 40-400ms langer Puls von 40-100V mit 0.1-10ms
   Anstiegszeit, Innenwiderstand 0.5-4Ohm

Wenn ich diese Werte so ansehe und die Spannugs/Stromwerte im
Kopf überschlage, dann sehe ich dass die P6KE22A das schaffen sollte.

Mit der SMAJ18A wirds wahrscheinlich auch gehen. Ich glaube das bei
der eher die Dauerverlustleistung (wegen der Wiederholungen)
ein Problem werden könnte.

Bei Impuls 1: 2ms/500ms=0.004; Durchschnittsleistung: müsste man aus
der Kennlinie Iterieren aber sagen wir 22V an Diode, man 78 am 10 Ohm
Innenwiderstand -> 7.8A; ergibt dann 0.004*22*7.8=686mW;
Bei 5000 Impulsen dauert das minimal rund 20 Minuten, man kann also
sagen,
dass die Endtemperatur schon in etwa erreicht wird.
Im Datenblatt der SMAJ... hab ich die Durchschnittsleistung nicht
gefunden.
Es könnte sich aber ausgehen. Kannst ja mal schauen, was so Dioden im
DO-214AC
Gehäuse für eine typische Verlustleistung haben. Ganz auf der sicheren
Seite
bist aber nicht.

Ohne Drossel würde ich aber keine der Beiden guten gewissens
verwenden.

Ich bin aber eher nicht der EMV Fachmann, daher solltest du meiner
Meinung nicht allzu viel Gewicht beimessen.

Eine genaue Ausssage kann ich dir darüber leider auch nicht geben.

   Wiesi

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