TVS диод перед или за резистором

Лучший способ защитить вывод AVR для меня - это RC-фильтр и TVS-диод, но я не знаю ничего. Я видел схемы, где диод TVS был до RC фильтра, как в первых схемах.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Но перед резистором это больший ток, поэтому диод TVS будет дуть быстрее, чем в ситуации, когда диод TVS будет позади RC, как во второй схеме.

^{смоделировать эту схему}

Вопрос: какой способ защиты входа AVR лучше, первый или второй?

У вас есть три компонента для защиты AVR, но все они работают по-разному.

Резистор предназначен для остановки высоких напряжений.

Конденсатор для удаления пульсации / RF / медленных переходных процессов.

TVS должен подавлять быстрые переходные процессы.

Чтобы получить максимальную отдачу от вашей защиты, вы должны иметь кратчайший (с наименьшей индуктивностью) путь назад для быстрых переходных импульсов (таких как ESD). Для этого вы устанавливаете TVS (самое быстрое отвечающее устройство) как можно ближе к входу на плату. В этом случае конденсатор будет немного дальше (в зависимости от компоновки и конструкции), а резистор (который имеет дело только с очень медленными или устойчивыми состояниями) может в значительной степени находиться на выводе AVR.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Как добавили некоторые другие ответчики, вы можете использовать диоды (в основном, стабилитроны) для ограничения напряжения на сигнальной шине. Важным отличием между стабилитронами и диодами TVS является скорость реакции и рассеяние мощности: стабилитрон будет фиксировать напряжение в установившемся режиме, но не будет улавливать быстрые пики от электростатического разряда или подобных событий. TVS будет реагировать быстро и улавливать выброс, но не предназначен для обработки продолжающегося перенапряжения.

Резисторы полезны до и после TVS для различных целей. Крышка может быть размещена либо параллельно с TVS, либо непосредственно на выводе процессора; последнее обеспечит несколько большую защиту, но также заставит процессор медленнее реагировать на изменения на входе.

Если вход к устройству был подключен к заряженному конденсатору (например, 100 В), и резистора в любом месте не было, TVS мог бы быстро зажать до 6 В, но внутренний защитный диод процессора будет иметь очень большое количество тока, пропущенного через него с падением в один вольт. Подавляющее большинство энергии от конденсатора будет рассеиваться в TVS, но процессор все равно будет поглощать разрушительное количество. Кроме того, почти вся энергия должна обрабатываться TVS.

Добавление резистора между внешним миром и TVS уменьшит ток, но, поскольку резистор будет иметь почти 100 вольт через него, он будет пропускать значительную величину тока, и этот ток будет проходить через защитный диод микросхемы. Как и выше, TVS поможет, но оставит большое количество энергии для обработки чипом. В этом сценарии большая часть энергии будет рассеиваться резистором, а не TVS, поэтому TVS будет подвергаться менее серьезной нагрузке.

Размещение резистора между TVS и микросхемой, но не между TVS и внешним миром, защитит микросхему, если TVS сможет эффективно ограничивать напряжение, поскольку сам резистор будет иметь только несколько вольт на нем. TVS, однако, потребовалось бы для рассеивания почти всей энергии от конденсатора.

Размещение резистора на обеих сторонах TVS обеспечит наилучшую защиту. Большая часть энергии будет рассеиваться в первом резисторе, благодаря чему TVS будет намного легче поглощать остальное, а второй резистор будет ограничивать пиковый ток, подаваемый в ЦП.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Схема выше может быть смоделирована с открытыми и закрытыми реле, чтобы показать различные комбинации резисторов, присутствующих и отсутствующих. Используйте кнопку «Моделирование» и вкладку «Временная область» и «Моделирование во временной области». Верхняя кривая показывает ток в подавляющем диоде и «микросхеме» [моделируется справа диодом и резистором для VDD]. Нижняя кривая показывает ток через правый защитный резистор; это будет ноль, когда реле закорачивает резистор, но показывает ток в миллиамперах, а не в амперах. Добавление первого резистора значительно сокращает общее количество тока, поглощаемого подавляющим диодом и микросхемой, но только с первым резистором микросхема все еще имеет довольно высокий пиковый ток. Добавление только второго резистора очень хорошо защитит чип,

Если вы подаете питание на устройство с напряжением 5 В, вам необходимо убедиться, что входное напряжение на контакте остается в определенном диапазоне (в зависимости от таблицы). Когда источник входного напряжения берется из того же источника питания, вам не нужно сильно беспокоиться о Это.

Но что, если AVR принимает цифровые сигналы от других источников, таких как датчики, другие устройства, которые питаются от своих собственных источников питания. Можем ли мы быть уверены, что напряжение всегда будет в безопасных пределах? Для этого вам нужно использовать два ESD-диода (D1 и D2) вместо одного TVS для защиты логики от перенапряжения и пониженного напряжения. И если вы ожидаете, что входное напряжение может быть вне пределов, нам нужно добавить токоограничивающий резистор R1 и конденсатор C1, чтобы сделать RC-фильтр, резисторная часть служит токоограничивающим резистором, а конденсатор добавляет фильтрацию глюков и ослабляет входные сигналы. ,
Надеюсь, это ответит на ваш вопрос.

Если вы поместите резистор «снаружи» (по направлению к источнику переходной энергии) TVS, он будет рассеивать часть переходной энергии при включении TVS. Это позволит вам использовать ТВС меньшего размера (с низким энергетическим рейтингом).

Посмотрите на это с другой стороны:

1. Происходит переходный процесс, и ток не протекает, но с обеих сторон резистора появляется высокое напряжение.
2. TVS видит это высокое напряжение и проводит на землю.
3. Это фактически короткое замыкание, поэтому теперь ток начинает течь через резистор и TVS на землю.
4. Потери инфракрасного излучения в резисторе рассеивают переходный процесс в виде тепла
5. Максимальный ток, видимый TVS, ограничен V (переходный процесс) / R

Второй.

С помощью этого макета вы защищаете микроконтроллер от повреждений, а также защищаете входной сигнал от короткого замыкания на землю через TVS, когда он фиксирует переходный процесс.

Редактировать:

@ Puffafish прав. Вы получите наилучшую защиту, установив TVS на входе сигнала. Так что первый макет лучше.

В любом случае, установка резистора перед TVS выгодно защищает входной сигнал (и сам TVS).