【选型】轨道交通110VDC电源输入绝缘耐压防护和防雷保护解决方案的选型推荐

2019-11-23 世强
高功率TVS管,双电极高压GDT,AK3-170,LTKAK3-170

轨道交通供电电源为110VDC输入,电源线上的脉动压差为±40%,即输入电源线上的电压上下限范围为66VDC~154VDC,根据安规测试要求:需要通过线间电压2kV浪涌及6kV防雷击绝缘保护、线-地(壳体)间通过1680VAC绝缘测试认证和500VDC绝缘测试认证。

 

设计需求分析:

1、线间电压防雷击浪涌保护:

要求线间电压过2kV浪涌及6kV防雷保护,其中6kV抗雷击绝缘是用1.2/50μs标准雷电波模拟测试得到,对应到8/20μs雷电波测试为3kA,即1.2/50us-8/20us对应6KV-3KA,考虑到电源线的上限电压为154VDC,推荐选择Littelfuse推出的额定电流达3kA的高功率TVS管LTKAK3-170C(SMTO-218贴片封装),或者AK3-170C(TO-218插件),两个尺寸完全兼容,电性参数一致,典型电性参数参考如下图1所示(图中最下方器件)。


图1:littelfuse高功率TVS管AK3-170C与LTKAK3-170C典型电性参数示意图

 

通过如上图示易知:

littelfuse高功率TVS管AK3-170C与LTKAK3-170C最大反向工作电压为170V,最小击穿电压179V,在3kA峰值脉冲电流的条件下最大钳位电压可低至260V(可承受780kW峰值浪涌功率冲击),具有出色的低钳位电压能力,非常适用于线间的共模电压抑制。

 

 2、 线与地(壳体)间绝缘耐压防护:

要求通过500VDC绝缘测试认证,以及1680VAC绝缘测试认证,可以选用GDT气体放电管实现防护,那么GDT选型需要考虑哪些因素呢?

1) 、GDT极性考量:通常选择三端GDT设计更方便些,只是因过1680VAC绝缘耐压测试的三端GDT市面上没有对应产品,故需要选择2极的GDT设计。

2)、一般交流输入端需通过1500VAC绝缘等级测试时,GDT一般选择标称直流击穿电压为3600V(-20%,+30%)的防雷管,当考虑过1680VAC绝缘耐压测试,选择的GDT比该值略大些为更可靠。

 

针对如上的设计需求,推荐选择littelfuse推出的 CG3系列双电极高压GDT,专为浪涌保护和高绝缘设备及通常存在数百伏特偏置电压或信号电平的设备而设计,推荐型号为CG34.0,典型电性参数参考如下图2所示。 

图2:littelfuse高压气体放电管CG32.5典型电性参数示意图

 

通过如上图示易知:

littelfuse高压气体放电管CG34.0标称直流击穿电压下限为3200VDC(@100V/s),最大脉冲击穿电压5800V(@100V/μs),最大脉冲击穿电压6000V(@1kV/μs),最小绝缘电阻10GΩ(@100V),低电容<1.5pF。


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