Diodo TVS antes o detrás de la resistencia

Question

La mejor manera de proteger el pin del AVR para mí es el filtro RC y el diodo TVS pero no sé una cosa. He visto esquemas donde el diodo TVS estaba antes del filtro RC como en los primeros esquemas.

simular este circuito - Esquema creado utilizando CircuitLab

Pero antes de la resistencia, la corriente es mayor, por lo que el diodo TVS soplará más rápido que en la situación en la que el diodo TVS estaría detrás de la RC como en los segundos esquemas.

simular este circuito

La pregunta es: ¿Qué forma de proteger la entrada del AVR es mejor, la primera o la segunda?

Answer 1

Tienes tres componentes que están ahí para proteger el AVR, pero todos están haciendo un trabajo diferente.

La resistencia está ahí para detener los altos voltajes de estado estable.

El condensador es para eliminar el ripple/RF/transitorios lentos.

El TVS sirve para suprimir los transitorios rápidos.

Para obtener lo mejor de su protección, necesita tener el camino más corto (menor inductancia) para los impulsos transitorios rápidos (como la ESD). Para ello, debes colocar el TVS (el dispositivo de respuesta más rápida) lo más cerca posible de la entrada de la placa. El condensador estaría un poco más adentro (dependiendo de la disposición y el diseño) y la resistencia (que sólo se ocupa de situaciones muy lentas, o de estado estable) puede estar más o menos en el pin del AVR

EDIT: Como han añadido algunas de las otras respuestas, puedes utilizar diodos (principalmente diodos Zener) para sujetar la tensión del carril de señal. La diferencia importante entre los diodos Zener y los diodos TVS es la velocidad de reacción y la disipación de energía: un Zener bloqueará la tensión en estados estables, pero no atrapará los picos rápidos de ESD o eventos similares. Un TVS reaccionará rápidamente y captará el pico, pero no está diseñado para manejar un evento de sobretensión continuado.

Answer 2

Las resistencias son útiles antes y después del TVS para servir a diferentes propósitos. El tapón puede colocarse en paralelo con el TVS o directamente en la patilla del procesador; esto último proporcionará algo más de protección, pero también hará que el procesador responda más lentamente a los cambios en la entrada.

Si la entrada del dispositivo estuviera conectada a un condensador cargado (por ejemplo, 100V) y no hubiera ninguna resistencia en ningún sitio, el TVS podría pinzar rápidamente a 6V, pero el diodo de protección interno del procesador tendría una gran cantidad de corriente forzada a través de él con una caída de un voltio. La mayor parte de la energía del condensador se disiparía en el TVS, pero el procesador absorbería una cantidad perjudicial. Además, casi toda la energía tendría que ser manejada por el TVS.

Añadir una resistencia entre el exterior y el TVS reduciría la corriente, pero ya que la resistencia tendría casi 100 voltios a través de él, que pasaría una cantidad significativa de corriente, y esa corriente terminaría fluyendo a través del diodo de protección del chip. Como en el caso anterior, el TVS ayudaría, pero dejaría una gran cantidad de energía para el chip para manejar. En este escenario la mayor parte de la energía sería disipada por la resistencia y no por el TVS, por lo que el TVS se estresaría menos.

Colocar una resistencia entre el TVS y el chip, pero no entre el TVS y el mundo exterior, protegería el chip siempre que el TVS fuera capaz de de sujetar el voltaje efectivamente, porque la resistencia en sí misma sólo tendría unos pocos voltios a través de ella. El TVS, sin embargo, se encargaría de disipar casi toda la energía del condensador.

La colocación de una resistencia en ambos lados del TVS proporcionaría con mucho la mejor protección. La mayor parte de la energía se disiparía en la primera resistencia, haciendo mucho más fácil para el TVS para absorber el resto, mientras que el segundo resistencia limitaría el pico de corriente que entra en la CPU.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

El circuito anterior puede ser simulado, con los relés abiertos y cerrados para mostrar diferentes combinaciones de resistencias presentes y ausentes. Utilice el botón "Simulación" y la pestaña "Dominio del tiempo", y "ejecute la simulación en el dominio del tiempo". La traza superior muestra la corriente en el diodo de supresión y el "chip" [simulado a la derecha por un diodo y una resistencia a VDD]. La traza inferior muestra la corriente a través de la resistencia de protección de la derecha; que será cero cuando el relé esté cortocircuitando la resistencia, pero muestra la corriente en miliamperios en lugar de amperios. La adición de la primera resistencia reduce en gran medida la cantidad total de corriente absorbida por el diodo de supresión y el chip, pero con sólo la primera resistencia el chip sigue teniendo una corriente de pico bastante alta. Añadir sólo la segunda resistencia protegería bastante bien el chip, pero dejaría al diodo de supresión absorbiendo mucha corriente.

Answer 3

Si alimentas tu dispositivo con una fuente de 5V, tienes que asegurarte de que el voltaje de entrada de los pines se mantiene dentro de un cierto rango (deprenden de la hoja de datos), cuando la fuente de voltaje de entrada se toma de la misma fuente de alimentación, entonces no tienes que preocuparte mucho por ello.

Pero qué pasa si el AVR está aceptando señales digitales de otras fuentes como sensores, otros dispositivos que se alimentan con sus propias fuentes de alimentación. ¿Podemos estar seguros de que la tensión estará siempre dentro de los límites de seguridad? Por eso es necesario utilizar dos diodos ESD (D1 y D2) en lugar de un TVS para proteger la lógica de sobretensiones y subtensiones. Y si esperas que el voltaje de entrada pueda estar fuera de los límites, necesitamos añadir una resistencia limitadora de corriente R1 y un condensador C1 para hacer un filtro RC, la parte de la resistencia sirve como resistencia limitadora de corriente mientras que el condensador añade filtrado de fallos y rebate las señales de entrada. .
Espero que esto responda a su pregunta.

Answer 4

Si pones la resistencia "fuera" (hacia la fuente de la energía transitoria) del TVS, disipará parte de la energía transitoria cuando el TVS se encienda. Esto le permitirá utilizar un TVS más pequeño (de menor capacidad energética).

Míralo de esta manera:

1. El transitorio se produce, y no hay flujo de corriente, pero aparece una alta tensión en ambos lados de la resistencia.
2. El TVS ve esta alta tensión y conduce a tierra.
3. Eso es efectivamente un cortocircuito, por lo que ahora la corriente comienza a fluir a través de la resistencia y el TVS a tierra.
4. Las pérdidas IR en la resistencia disipan el transitorio en forma de calor
5. La corriente máxima vista por el TVS está limitada a V(transitoria)/R

Answer 5

El segundo.

Con este diseño se protege el microcontrolador de daños, y también se protege la señal de entrada de un cortocircuito a tierra a través del TVS cuando se sujeta un transitorio.

Editar:

@Puffafish tiene razón. Obtendrás la mejor protección poniendo el TVS en la entrada de la señal. Así que la primera disposición es mejor.

De todos modos, poner una resistencia antes del TVS tiene la ventaja de proteger el singal de entrada (y el propio TVS).