¿Cómo me protejo contra un volcado de carga automotriz?

No puedo hablar con SAE J1113, pero para SAE J1455 (camión pesado de 12 V, donde las cargas deberían ser más grandes), el volcado de carga se define como un pico de 100 V con aproximadamente ~0,6 s de tiempo de caída y ~0,6 Ω de impedancia, que es un dolor de vivir.

Los dos métodos generales para sobrevivir son

• Desconéctate y déjalo pasar:

Lo cual suele ser preferible y más barato. Los volcados de carga pertenecen a una clase de fallas en las que no se espera que funcionen muchos dispositivos (a diferencia de los transitorios inductivos acoplados), por lo que, a menos que sea un dispositivo crítico (ABS, ECU), puede apagar y reiniciar cuando vea un volcado de carga.

En términos muy generales, para hacer esto, podría tener un diodo Zener en su entrada, donde una vez que se rompe y comienza a conducir, cambia algún transistor de paso para desconectarse por completo. Obviamente, su transistor de paso tendrá una clasificación de voltaje, por lo que aún es necesario seleccionar un TVS (ver a continuación), pero no tendrá que sujetar tanto voltaje, energía y potencia.

• sujetar todo.

Esto también es bastante posible con TVS como mencionas, y luego realmente depende de qué tan fuerte quieras sujetarlo. Si está de acuerdo con que lleguen 75 V, creo que he visto SMC de 500 W usados. Si lo quieres como si nunca hubiera pasado casi nada, puedes hacer lo que he visto y usar (2) TVS 5KP22CA de 5 kW en paralelo. Solo ellos pueden sujetar todo el volcado de carga por sí mismos; Probé un par que sobrevivió (5) volcados de 100 V seguidos, con una diferencia de aproximadamente 10 segundos entre cada uno.

Las matemáticas detrás de esto son algo confusas para mí, ya que las cifras proporcionadas en las hojas de datos no parecen estar destinadas a transitorios de menos de 60 Hz. La clasificación de 5 KW es para un pulso de 1 ms, que obviamente es solo 5 J.

La energía máxima que disipa será (100 V - 24 V)/0.4 ohms * 24 V = 4560 W, pero decaerá aproximadamente exponencialmente a nada con un tc de aproximadamente 300 mseg. Si llamamos a eso un triángulo (muy conservador), es 0.5 * 4560 W * 0.3 s = 684 J. Si extrapolamos la curva de calificación de la Figura 1 en la hoja de datos de 5KP, sugiere que un pulso de 100 ms puede tener una potencia nominal máxima de 1000 W, o una energía total de 100 J, e incluso más energía si la difuminamos más, por lo que estoy en el parque de pelota con 2 de ellos en paralelo y las pruebas parecen aburrirlo.

Hoja de datos de TVS de la serie 5KP de Littelfuse, Figura 1

Si quisiera algo mejor, propondría una ecuación para la curva y le daría una asíntota en la disipación máxima de estado estable (8 W... aunque eso podría no marcar la diferencia), luego haría una integración con eso sobre tu pulso para ver cuánto de la calificación usas: P

Así es como puede protegerse contra un volcado de carga automotriz

Hoja de datos LT4356 "Surge stopper"

Ellos dicen

El limitador de sobretensiones LT®4356 protege las cargas de transitorios de alto voltaje. Regula la salida durante un evento de sobrevoltaje, como descarga de carga en automóviles, mediante el control de la puerta de un MOSFET de canal N externo. La salida se limita a un valor seguro, lo que permite que las cargas continúen funcionando. El LT4356 también monitorea la caída de voltaje entre los pines VCC y SNS para proteger contra fallas de sobrecorriente. Un amplificador interno limita el voltaje de detección de corriente a 50 mV. En cualquier condición de falla, se inicia un temporizador inversamente proporcional a la tensión del MOSFET. Si el temporizador expira, el pin FLT baja para advertir de un corte de energía inminente. Si la condición persiste, el MOSFET se apaga. Después de un período de enfriamiento, el pin GATE se levanta y enciende el MOSFET nuevamente.

https://www.analog.com/en/products/lt4356-1.html