Diodo TVS antes ou atrás do resistor

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A melhor maneira de proteger os pinos do AVR para mim é o filtro RC e o diodo TVS, mas não sei de uma coisa. Eu vi esquemas em que o diodo TVS estava antes do filtro RC como nos primeiros esquemas.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Porém, antes do resistor, a corrente é maior, de modo que o diodo TVS sopra mais rápido do que na situação em que o diodo TVS estaria atrás do RC, como nos segundos esquemas.

esquemático

simule este circuito

A pergunta é: Qual a maneira de proteger a entrada do AVR é ​​melhor, primeiro ou segundo?

Piotr
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O que diz na seção de dados do AVR sobre os limites de tensão e corrente? Não há proteção ESD para a entrada?
R Djorane

Respostas:

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Você tem três componentes para proteger o AVR, mas todos estão fazendo um trabalho diferente.

O resistor está lá para parar as altas tensões no estado estacionário.

O capacitor é para remover ondulações / RF / transientes lentos.

O TVS é para suprimir transientes rápidos.

Para tirar o melhor proveito de sua proteção, você precisa ter o caminho mais curto (menor indutância) de volta para os impulsos transitórios rápidos (como ESD). Para fazer isso, instale o TVS (o dispositivo de resposta mais rápida) o mais próximo possível da entrada da placa. O capacitor ficaria um pouco mais longe (dependendo do layout e do design) e o resistor (que lida apenas com situações muito lentas ou em estado estacionário) pode estar praticamente no pino do AVR

EDIT: Como algumas das outras respostas foram adicionadas, você pode usar diodos (principalmente diodos Zener) para fixar a tensão do trilho de sinal. A diferença importante entre os diodos Zener e TVS é a velocidade da reação e da dissipação de energia: um Zener prende a tensão em estado estacionário, mas não captura os picos rápidos de ESD ou eventos similares. Um TVS reagirá rapidamente e capturará o pico, mas não foi projetado para lidar com um evento contínuo de sobretensão.

Puffafish
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Os resistores são úteis antes e depois do TVS para servir a propósitos diferentes. A tampa pode ser colocada em paralelo com o TVS ou diretamente no pino do processador; o último fornecerá um pouco mais de proteção, mas também fará com que o processador responda mais lentamente às alterações na entrada.

Se a entrada do dispositivo fosse conectada a um capacitor carregado (por exemplo, 100V) e não houvesse resistor, o TVS poderia rapidamente fixar em 6V, mas o diodo de proteção interno do processador teria uma quantidade muito grande de corrente forçada através dele com uma queda de um volt. A grande maioria da energia do capacitor seria dissipada no TVS, mas o processador ainda absorveria uma quantidade prejudicial. Além disso, quase toda a energia precisaria ser manuseada pelo TVS.

Adicionar um resistor entre o mundo exterior e o TVS reduziria a corrente, mas como o resistor teria quase 100 volts, passaria uma quantidade significativa de corrente e essa corrente acabaria fluindo através do diodo de proteção do chip. Como acima, o TVS ajudaria, mas deixaria uma grande quantidade de energia para o chip manipular. Nesse cenário, a maior parte da energia seria dissipada pelo resistor e não pelo TVS, de modo que o TVS seria estressado menos severamente.

A colocação de um resistor entre o TVS e o chip, mas não entre o TVS e o mundo exterior, protegeria o chip, desde que o TVS conseguisse prender a tensão com eficiência, porque o próprio resistor teria apenas alguns volts. O TVS, no entanto, seria absorvido pela dissipação de quase toda a energia do capacitor.

A colocação de um resistor nos dois lados do TVS forneceria de longe a melhor proteção. A maior parte da energia seria dissipada no primeiro resistor, tornando muito mais fácil para o TVS absorver o restante, enquanto o segundo resistor limitaria o pico de corrente alimentado na CPU.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

O circuito acima pode ser simulado, com os relés abertos e fechados para mostrar diferentes combinações de resistores presentes e ausentes. Use o botão "Simulação" e a guia "Domínio do tempo" e "Simulação do domínio do tempo de execução". O traço superior mostra a corrente no diodo de supressão e o "chip" [simulado à direita por um diodo e um resistor ao VDD]. O traço inferior mostra a corrente através do resistor de proteção à direita; isso será zero quando o relé estiver causando um curto-circuito no resistor, mas mostra a corrente em miliamperes em vez de amperes. A adição do primeiro resistor reduz bastante a quantidade total de corrente absorvida pelo diodo e chip de supressão, mas com apenas o primeiro resistor, o chip ainda possui um pico de corrente bastante alto. Adicionar apenas o segundo resistor protegeria o chip muito bem,

supercat
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Obrigado pela resposta confiável! Eu decidi dar 2 resistores, um antes TVS e um atrás
Piotr
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Se você alimentar seu dispositivo com uma fonte de 5V, precisará garantir que a tensão de entrada do pino permaneça em determinado intervalo (depreciar na folha de dados). Quando a fonte de tensão de entrada é obtida da mesma fonte de alimentação, você não precisa se preocupar muito com isto.

Mas e se o AVR estiver aceitando sinais digitais de outras fontes, como sensores, outros dispositivos que são alimentados com suas próprias fontes de alimentação. Podemos ter certeza de que a tensão sempre estará dentro de limites seguros? É por isso que você precisa usar dois diodos ESD (D1 e D2) em vez de um TVS para proteger a lógica contra sobretensões e subtensões. E se você espera que a tensão de entrada esteja fora dos limites, precisamos adicionar o resistor limitador de corrente R1 e um capacitor C1 para criar um filtro RC, a parte Resistor serve como resistor limitador de corrente enquanto o capacitor adiciona a filtragem de falhas e descarta os sinais de entrada. insira a descrição da imagem aqui.
Espero que isso responda à sua pergunta.

R Djorane
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Você também pode usar um TVS bidirecional.
Adam Calvet Bohl,
Aqui existem diodos Zener para prender a tensão. Os diodos TVS são usados ​​para reagir rapidamente a picos altos, mas não são projetados para eventos contínuos de sobretensão.
Puffafish
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@ Puffafish quando eu disse que o diodo ESD pode ser TVS ou diodo zener, mas geralmente é o diodo TVS que oferece o equilíbrio mais otimizado entre baixa tensão de aperto e baixa capacitância.
R Djorane
Eu tenho, por exemplo, um interruptor conectado ao terra de um lado e de outra linha de sinal puxada para 5V pelo resistor AVR interno. Há transientes ao ligar / desligar o interruptor. Como posso torná-lo 'indestrutível'? O resistor em série para limitar a corrente (para 20 mA do AVR), o capacitor para retardar os transientes e o diodo TVS com tensão de ruptura> 5,1V para proteger contra picos positivos ajudará? Os AVR também possuem diodos internos, mas somente para corrente direta de 1mA.
Piotr
Sim, eu acho que vai ajudar, geralmente eu uso um diodo TVS com tensão de ruptura nominal 5V6 para uma entrada com 1,2V a 5,5V. Para você, se sua entrada puder suportar 5V máx, basta um diodo TVS com tensão de ruptura nominal 5V1.
R Djorane
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Se você colocar o resistor "fora" (em direção à fonte de energia transitória) do TVS, ele dissipará parte da energia transitória quando o TVS for ligado. Isso permitirá que você use um TVS menor (classificação energética mais baixa).

Olhe isto deste modo:

  1. O transitório ocorre e não há fluxo de corrente, mas uma alta voltagem aparece nos dois lados do resistor.
  2. O TVS vê essa alta tensão e conduz ao terra.
  3. Isso é efetivamente um curto-circuito, e agora a corrente começa a fluir através do resistor e do TVS para o terra.
  4. As perdas de IV no resistor dissipam o transiente como calor
  5. A corrente máxima vista pelo TVS é limitada a V (transitória) / R
ka1axy
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O segundo.

Com esse layout, você está protegendo o microcontrolador de danos e também protegendo o sinal de entrada do curto-circuito para o terra através do TVS quando está travando um transiente.

Editar:

@Puffafish está certo. Você obterá a melhor proteção colocando o TVS na entrada do sinal. Então o primeiro layout é melhor.

De qualquer forma, colocar um resistor antes do TVS tem o benefício de proteger o sinal de entrada (e o próprio TVS).

Adam Calvet Bohl
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