¿Cuál es el tamaño correcto del fusible PTC y el diodo zener?

Noob aquí. Necesito agregar protección contra sobretensiones a un pequeño sistema de energía solar portátil que estoy armando. La matriz fotovoltaica solar tiene un voltaje cargado en el rango de 23-26v y un voltaje de circuito abierto que puede llegar a los 45v. La matriz fotovoltaica está conectada a un controlador de carga solar para cargar un par de baterías de ciclo profundo. La salida de "carga" del controlador de carga está conectada a un voltaje regular que tiene un voltaje de entrada máximo de 30v.

La carga es un circuito máximo de 10A. Necesito limitar el voltaje a 28-29v para evitar dañar el regulador de voltaje.

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Comencé mi investigación para resolver el problema y he leído sobre circuitos de palanca, circuitos de protección contra sobrevoltaje zener y diodos TVS, etc. Creo que un zener + PTC básico es una buena opción para mis necesidades, pero estoy absolutamente perplejo con los valores. . El problema que encuentro es que mi circuito debe funcionar a 10 A, por lo que necesito al menos un fusible PTC de 10 A. Cuando compruebo digikey en busca de fusibles PTC de 10 A, todos son MUY lentos, lo que, según mi comprensión inicial, significa que freiré mi zener antes de que el fusible tenga tiempo de explotar.

Estoy atascado. El fusible PTC de 10 A (o cualquier fusible) protegerá actualmente mi regulador de voltaje y las partes aguas abajo, pero el fusible de 10 A no se quemará lo suficientemente rápido como para salvar el Zener y si el zener falla, pierdo mi protección de voltaje. - ¡Ah!

¿Cómo protejo contra sobrevoltaje una señal de 10A, 30v DC?

Editar: Me acabo de dar cuenta de que creo que esto es fundamentalmente defectuoso: si las baterías están bajas o desconectadas, la energía solar fotovoltaica no puede producir suficiente corriente para explotar el PTC. Tendría tal vez 1-2A de 50v desviando a través del zener y fallaría.

Puede usar un regulador en serie o en derivación o un conmutador de refuerzo en la salida del controlador de carga. ¿Tiene un enlace al fabricante del controlador de carga y el número de pieza, la hoja de datos, el manual o las especificaciones? ¿Cuál es la carga, por cierto?
Bueno, además de voltear el zener, si pones el PTC y el zener en buen contacto térmico, el ptc puede explotar un poco más rápido. Aparte de eso, pensaría en un circuito diferente. Estoy pensando en monitorear el voltaje y encender un FET (en derivación) cuando el voltaje sea demasiado alto.
Campos @EM: sin número de pieza ni hoja de datos; es una unidad china súper barata. Funcionan, pero no es un dispositivo de alta calidad.
@George Herold: ¿Parece que el "zener simple + PTC" no es una buena opción para esta aplicación? Estoy interesado en la sugerencia de FET, aunque realmente no lo entiendo;) También me acabo de dar cuenta de que si mis baterías están agotadas, ¡no tendré la capacidad de explotar el PTC de todos modos!
Cinco preguntas: 1) ¿cuál es el voltaje de la batería? 2) ¿Cuál es la corriente máxima de cortocircuito (Isc) del panel solar? 3) ¿El controlador utiliza conversión de energía en modo de conmutación? En otras palabras, ¿es posible que la corriente de salida del controlador sea mayor que la entrada de corriente del panel solar? 4) ¿Cuál es la capacidad (en amperios-hora) de la batería? 5) ¿Cuál es el tipo de batería (plomo ácido?, y si es así, ¿es de inundación, gel o AGM)?
Iba a publicar un circuito. (No estoy seguro de que funcione, no soy un tipo de energía). (Alimentación Fet por opamp, con referencia de voltaje en una entrada y divisor de voltaje del suministro en el otro. Tal vez con una resistencia en serie con el fet.) Pero me preocupa su pregunta. ¿Este circuito solo funciona en una condición de falla? (la caja del controlador de carga en su esquema falla) o funciona todo el tiempo en cualquier condición de sobretensión? Para lo último, debe buscar convertidores reductores o reductores-elevadores, como lo sugieren los campos EM.
@mkeith 1) 2x 12v cables marinos de ciclos profundos en serie para 24v 2) No sé el Isc de la matriz y el manf. las especificaciones no lo contienen tinyurl.com/n59t9o3 3) Tampoco sé, el controlador no especifica esto 4) 120 AHr 5) ácido de plomo inundado
@ Geord Herold: no está diseñado para funcionar todo el tiempo, no estoy buscando regulación o acondicionamiento de voltaje en tiempo de ejecución. Necesito protección contra un pico de voltaje cuando el controlador de carga pasa erróneamente a través del voltaje de circuito abierto de la matriz fotovoltaica, que puede ser de 38v-44v. Esto sucede cuando el controlador de carga está pasando el suministro de la matriz fotovoltaica a la carga y usted desconecta la carga: ocurre un pico repentino en el voltaje del circuito abierto.
@SteveK, ¿qué hay de la potencia nominal de los paneles solares entonces?
Si solo tiene un panel solar de 45W, no necesita preocuparse por disipar 10A * 30V en el Zener. Las especificaciones del panel Aleko están disponibles en línea en otros lugares. Entonces, confirme si el Aleko es lo que tiene y cuántos de ellos tiene. Las baterías no pueden suministrar corriente a una carga de 30 V, por lo que las baterías no aparecen en la imagen en ese momento.

Respuestas (1)

Los fusibles PTC pueden ser maravillosos en algunos aspectos, pero no son muy buenos para proporcionar protección contra sobrevoltaje para circuitos de abrazadera Zener. Supongamos, por ejemplo, que uno tiene un Zener que se sujeta de forma absolutamente rígida a 30,0 voltios precisos, el PTC tiene una disipación de potencia disparada de 7 W (tomada de la hoja de datos de un dispositivo de 32 V 10 A) y el suministro suministra exactamente 30,5 voltios. Bajo ese escenario, la resistencia del PTC aumentaría a 0.035 ohmios y permanecería ahí indefinidamente, pasando los 14 amperios. En tal estado, el PTC disiparía continuamente 7 vatios perfectamente felizmente, pero el Zener de 30 amperios necesitaría disipar 420 vatios, no solo brevemente, sino indefinidamente.. Tenga en cuenta que si el voltaje de suministro aumentara, la corriente a través del Zener (y la potencia que necesitaría disipar) disminuiría considerablemente, pero en muchos escenarios es probable que un suministro de baja impedancia esté ligeramente por encima del voltaje requerido como ser masivamente terminado.

Si desea usar un PTC con una derivación y solo está interesado en sobrevivir a condiciones de sobrevoltaje en lugar de poder operar a través de ellas, le sugiero usar un circuito que cortocircuite selectivamente a tierra el voltaje después del PTC. Cuando un circuito de este tipo se dispara, hará que se disipe mucha energía en el PTC y relativamente poca en el circuito de protección. La operación del circuito no será posible en tal circunstancia, pero los dispositivos aguas abajo se podrán usar una vez que todo se apague y se permita que el PTC se reinicie.

Los fusibles de polietileno y los zeners se usan comúnmente para la protección contra sobretensiones. El zener genera el sobrevoltaje y el poli "golpea" para proteger al zener del exceso de calor. Incluso hacen dispositivos todo en uno... busca fusibles de polizen.
@GeorgeHerold: Una combinación integrada de Zener+polyfuse podría funcionar bastante bien, si se garantiza que el calor del Zener dispare el fusible antes de que se destruya el Zener. El uso de componentes separados para este propósito puede funcionar cuando se usan fusibles pequeños a voltajes bajos, pero el hecho de que las condiciones de sobrevoltaje puedan hacer que el Zener disipe mucha más energía que el fusible sugiere que tales diseños solo se pueden usar cuando el fusible en sí no puede disipar mucha energía y, por lo tanto, un Zener podrá disipar una mayor cantidad de energía sin costar demasiado.
PolyZen fabrica dispositivos de protección integrados. No estoy seguro de que tengan algo para este nivel de potencia, pero podría valer la pena echarle un vistazo.
@Supercat - "... solo interesado en sobrevivir a condiciones de sobretensión ..." - sí, esto es lo que quiero. La condición de sobretensión es una excepción y si sigo el procedimiento adecuado, no debería ocurrir. Sin embargo, soy humano y, a veces, no sigo el procedimiento y no quiero que se queme el equipo mientras estoy a 4 horas de la autopista más cercana, en lo profundo de la selva. Solo sigo un poco sus cálculos de calor / potencia (lo volveré a leer varias veces). Sin embargo, su segundo párrafo suena interesante y puede ser lo que necesito. Sin embargo, soy un novato y no entiendo cómo sería ese circuito.
Dato curioso: a veces, tienes suerte y tu zener falla en un cortocircuito, en cuyo caso el combo fusible-zener realmente funciona. Sin embargo, no es una técnica de diseño recomendada...
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