TVS-Diode vor oder hinter dem Widerstand

Der beste Weg, um den AVR-Pin für mich zu schützen, ist ein RC-Filter und eine TVS-Diode, aber eines weiß ich nicht. Ich habe Schaltpläne gesehen, in denen sich die TVS-Diode vor dem RC-Filter befand, wie in den ersten Schaltplänen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Vor dem Widerstand ist der Strom jedoch größer, sodass die TVS-Diode schneller durchbrennt als in einer Situation, in der sich die TVS-Diode wie in den zweiten Schaltplänen hinter RC befindet.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Die Frage ist: Welche Art des Schutzes des AVR-Eingangs ist besser, erstens oder zweitens?

Sie haben dort drei Komponenten, die alle zum Schutz des AVR dienen, aber alle erledigen einen anderen Job.

Der Widerstand dient dazu, hohe Spannungen im eingeschwungenen Zustand zu stoppen.

Der Kondensator dient zum Entfernen von Welligkeit / HF / langsamen Transienten.

Das TVS soll schnelle Transienten unterdrücken.

Um das Beste aus Ihrem Schutz herauszuholen, müssen Sie den kürzesten Weg (niedrigste Induktivität) für die schnellen transienten Impulse (z. B. ESD) zurück haben. Dazu montieren Sie das Fernsehgerät (das am schnellsten reagierende Gerät) so nah wie möglich am Eingang der Karte. Der Kondensator wäre dann etwas weiter innen (abhängig von Layout und Design) und der Widerstand (der nur sehr langsame oder stationäre Situationen behandelt) kann sich so ziemlich am Pin des AVR befinden

BEARBEITEN: Wie einige der anderen Antworten hinzugefügt haben, können Sie Dioden (hauptsächlich Zenerdioden) verwenden, um die Spannung der Signalschiene zu klemmen. Der wichtige Unterschied zwischen Zenerdioden und TVS-Dioden ist die Reaktionsgeschwindigkeit und die Verlustleistung: Ein Zener klemmt die Spannung im eingeschwungenen Zustand, erfasst jedoch nicht die schnellen Spitzen von ESD oder ähnlichen Ereignissen. Ein TVS reagiert schnell und fängt die Spitze auf, ist jedoch nicht für die Behandlung eines anhaltenden Überspannungsereignisses ausgelegt.

Widerstände sind vor und nach dem TVS nützlich, um verschiedenen Zwecken zu dienen. Die Kappe kann entweder parallel zum TVS oder direkt am Prozessorstift platziert werden. Letzteres bietet etwas mehr Schutz, führt aber auch dazu, dass der Prozessor langsamer auf Änderungen in der Eingabe reagiert.

Wenn der Eingang des Geräts mit einem aufgeladenen Kondensator (z. B. 100 V) verbunden wäre und an keiner Stelle ein Widerstand vorhanden wäre, könnte das Fernsehgerät schnell auf 6 V klemmen, aber durch die interne Schutzdiode des Prozessors würde eine sehr große Strommenge durch ihn gezwungen mit einem Ein-Volt-Abfall. Der überwiegende Teil der Energie aus dem Kondensator würde im Fernsehgerät abgeführt, aber der Prozessor würde immer noch eine schädliche Menge absorbieren. Außerdem müsste fast die gesamte Energie vom Fernsehgerät verarbeitet werden.

Das Hinzufügen eines Widerstands zwischen der Außenwelt und dem Fernsehgerät würde den Strom verringern, aber da der Widerstand fast 100 Volt über sich haben würde, würde er eine erhebliche Strommenge durchlassen und dieser Strom würde am Ende durch die Schutzdiode des Chips fließen. Wie oben würde das TVS helfen, aber eine große Menge Energie für den Chip übrig lassen. In diesem Szenario würde der größte Teil der Energie eher vom Widerstand als vom Fernsehgerät abgeführt, sodass das Fernsehgerät weniger stark belastet würde.

Das Platzieren eines Widerstands zwischen dem TVS und dem Chip, jedoch nicht zwischen dem TVS und der Außenwelt, würde den Chip schützen, vorausgesetzt, das TVS könnte die Spannung effektiv klemmen, da der Widerstand selbst nur wenige Volt über sich haben würde. Das Fernsehgerät würde jedoch fast die gesamte Energie aus dem Kondensator abführen.

Die Platzierung eines Widerstands auf beiden Seiten des Fernsehgeräts bietet bei weitem den besten Schutz. Der größte Teil der Energie würde im ersten Widerstand abgeführt, was es dem Fernseher viel einfacher macht, den Rest zu absorbieren, während der zweite Widerstand den in die CPU eingespeisten Spitzenstrom begrenzen würde.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die obige Schaltung kann simuliert werden, wobei die Relais geöffnet und geschlossen werden, um zu zeigen, dass verschiedene Kombinationen von Widerständen vorhanden sind und fehlen. Verwenden Sie die Schaltflächen "Simulation" und "Zeitbereich" sowie "Laufzeitbereichssimulation". Die obere Kurve zeigt den Strom in der Unterdrückungsdiode und dem "Chip" [rechts simuliert durch eine Diode und einen Widerstand gegen VDD]. Die untere Kurve zeigt den Strom durch den rechten Schutzwiderstand. Das ist Null, wenn das Relais den Widerstand kurzschließt, aber es zeigt den Strom eher in Milliampere als in Ampere an. Durch Hinzufügen des ersten Widerstands wird die Gesamtmenge des von der Unterdrückungsdiode und dem Chip absorbierten Stroms erheblich verringert, aber mit nur dem ersten Widerstand weist der Chip immer noch einen ziemlich hohen Spitzenstrom auf. Das Hinzufügen nur des zweiten Widerstands würde den Chip ziemlich gut schützen.

Wenn Sie Ihr Gerät mit 5-V-Versorgung versorgen, müssen Sie sicherstellen, dass die Pin-Eingangsspannung in einem bestimmten Bereich bleibt (siehe Datenblatt). Wenn die Eingangsspannungsquelle von derselben Stromversorgung stammt, müssen Sie sich keine großen Sorgen machen es.

Was aber, wenn AVR digitale Signale von anderen Quellen wie Sensoren oder anderen Geräten akzeptiert, die mit eigenen Netzteilen betrieben werden? Können wir sicher sein, dass die Spannung immer innerhalb sicherer Grenzen liegt? Auf diese Weise müssen Sie zwei ESD-Dioden (D1 und D2) anstelle eines Fernsehgeräts verwenden, um die Logik vor Über- und Unterspannung zu schützen. Und wenn Sie erwarten, dass die Eingangsspannung außerhalb der Grenzen liegt, müssen wir den Strombegrenzungswiderstand R1 und einen Kondensator C1 hinzufügen, um ein RC-Filter herzustellen. Der Widerstandsteil dient als Strombegrenzungswiderstand, während der Kondensator die Filterung von Störungen hinzufügt und Eingangssignale entprellt. .
Ich hoffe das beantwortet deine Frage.

Wenn Sie den Widerstand "außerhalb" (in Richtung der Übergangsenergiequelle) des Fernsehgeräts platzieren, wird beim Einschalten des Fernsehgeräts ein Teil der Übergangsenergie abgeführt. Auf diese Weise können Sie ein kleineres Fernsehgerät (mit niedrigerer Energieeffizienzklasse) verwenden.

Betrachten Sie es so:

1. Der Übergang tritt auf und es fließt kein Strom, aber auf beiden Seiten des Widerstands tritt eine hohe Spannung auf.
2. Das Fernsehgerät sieht diese Hochspannung und leitet gegen Masse.
3. Das ist praktisch ein Kurzschluss, daher fließt jetzt Strom durch den Widerstand und das Fernsehgerät nach Masse.
4. Die IR-Verluste im Widerstand leiten den Übergang als Wärme ab
5. Der vom TVS gesehene maximale Strom ist auf V (transient) / R begrenzt

Der zweite.

Mit diesem Layout schützen Sie den Mikrocontroller vor Beschädigung und das Eingangssignal vor Kurzschluss nach Masse über das Fernsehgerät, wenn es einen Transienten klemmt.

Bearbeiten:

@ Puffafish ist richtig. Sie erhalten den besten Schutz, wenn Sie das Fernsehgerät am Signaleingang platzieren. Das erste Layout ist also besser.

Wenn Sie einen Widerstand vor das Fernsehgerät stellen, hat dies den Vorteil, dass der Eingangssingal (und das Fernsehgerät selbst) geschützt werden.