Come è questo circuito per l'interfacciamento del segnale 20V con microcontrollore 3v3

Ho progettato il seguente circuito per interfacciare un segnale da 12-20 V a un microcontrollore che funziona a 3,3 volt. Il segnale è a 20 V o a circuito aperto.

Voglio che il circuito sia il più resistente possibile. Dovrebbe essere in grado di gestire EMI ed ESD.

circuito

R1 è per limitare la corrente e polarizzare il transistor.
C1 deve implementare un filtro passa basso.
R2 viene utilizzato per abbassare la base del transistor e scaricare il condensatore C1, l'ingresso 20 V è 20 V o circuito aperto.
D1 è usato per proteggere il transistor dalla tensione negativa alla base.
R3 serve per sollevare il pin del microcontrollore.

Eventuali commenti e miglioramenti su questo circuito sono i benvenuti.

Domanda a margine : qual è la massima tensione positiva che questo transistor può tollerare. La scheda tecnica indica che la corrente di picco di base è 100 mA. Se la base viene mantenuta a 0,7 volt, l'input può arrivare a 1000 volt (10k ohm * 100mA). Ma se l'ingresso è di 1000 Volt, il potenziale divisore fa della tensione la base a 500 Volt. E il Vcb massimo secondo la scheda tecnica è di 60 volt.

— Hassan Nadeem
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La base del diodo emettitore caricherà il divisore resistivo, limitando la sua tensione di uscita a circa 0,7 V. Pertanto, nel caso dell'alta tensione di ingresso, è possibile trascurare R2 per il calcolo della tensione di ingresso. La corrente fino a R2 sarà di ca. 0,7 / 10k = 70uA, quindi in pratica la tensione di ingresso dipenderà solo da 100mA × 10k. Ma fai attenzione alla dissipazione totale della potenza.

— jippie,

Il diodo è polarizzato al contrario, è destinato a condurre in caso di tensione negativa. Ho bisogno di R2 per scaricare comunque il condensatore.

— Hassan Nadeem,

Sto scrivendo sulla base interna al diodo emettitore. Conoscete come funziona un BJT?

— jippie,

@jippie mio male, pensavo che parlassi di D1.

— Hassan Nadeem,

Sono molto interessato anche all'interfaccia del segnale batteria / alternatore per auto, hai preso in considerazione l'utilizzo di fotoaccoppiatori? Sono sostanzialmente gli stessi di quello che hai qui, un'interfaccia in stile BJT. Ho intenzione di utilizzare un semplice divisore di tensione con bloccaggio di sovratensione del diodo zener (dopo il divisore!) E valori di resistenza sufficientemente alti in modo che il diodo zener sopravviva a condizioni "ON" prolungate se accade. Avrò anche un condensatore di filtro ESR basso su ogni ingresso per gestire picchi di tensione ...

— KyranF

Risposte:

Mi sembra buono. Il diodo inverso D1 è una buona idea. Se hai un minimo di 12 V disponibile, potresti voler ridurre R2 in qualche modo. Questo circuito ha una soglia di forse 2 V, potresti dimezzare facilmente R2 o raddoppiare R1.

In caso di sovratensione estrema momentanea, la tensione dell'emettitore di base (polarizzata in avanti) non aumenterà al di sopra di un volt circa, anche con 100 mA. Sembra un altro diodo in parallelo inverso a D1. Uno dei vantaggi di un BJT in questa applicazione. È più probabile che la limitazione sia la tensione nominale di R1.

Se si desidera considerare una sovratensione prolungata , potrebbe essere necessario considerare la potenza nominale di R1. Se qualche idiota lo collega alla rete (di solito possiamo supporre che circa 240 V CA sia il maggior numero di idioti di tensione che avranno accesso anche a idioti con accesso a tensioni più elevate sono una sorta di problema auto-eliminante) quindi R1 dissiperebbe quasi 6 W, quindi dovrebbe essere una parte fisicamente grande. È possibile risolvere il problema aumentando il valore di R1 in modo da poter utilizzare una parte più piccola.

— Spehro Pefhany
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L'unica fonte di sovratensione è l'IME. Quindi penso che i resistori standard funzionino bene. Non ho seguito il primo paragrafo del tuo commento. Ho un minimo di 12V disponibili (proviene da una batteria dell'auto) ma non capisco cosa farebbe la riduzione di R2. Ti interessa elaborare?

— Hassan Nadeem,

Commuta a circa 2 V, che è un po 'basso (6 V dovrebbe essere abbastanza basso per una batteria dell'auto), quindi forse vuoi spostare la soglia fino a 4 V o giù di lì. Aggiunge un po 'di immunità al rumore. Spesso vedrai una serie Zener nei circuiti industriali per questo motivo, ma penso che solo cambiare un resistore 2: 1 sia ok in questo caso.

— Spehro Pefhany,

@SpehroPefhany LOL sugli idioti autoeliminazione. L'unico commento aggiuntivo è il tempo di risposta. Con valori relativamente elevati di condensatore e resistenza, l'OP potrebbe voler essere sicuro che il circuito reagisca abbastanza rapidamente per l'applicazione. Cita in particolare il filtro passa-basso, quindi probabilmente lo ha già considerato, ma non può far male a ricontrollare.

— Giovanni D,

Una volta ho progettato un circuito molto simile quando avevo bisogno di ingressi "robusti". Tuttavia, ho usato R1 = R2 = 100k (anziché 10k). In realtà non ci vuole molta corrente in ingresso per saturare Q1 con R3 = 10K. Ridurre C1 dello stesso fattore se si desidera mantenere la stessa frequenza d'angolo.

Se vuoi un po 'di isteresi per migliorare le caratteristiche di commutazione, potresti considerare di mettere una resistenza da 100Ω tra l'emettitore e la massa di Q1 e quindi legare l'estremità inferiore di R2 a quella giunzione.

— Dave Tweed
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+1 per il metodo di aggiunta dell'isteresi. È sorprendente ciò che può fare il più piccolo sussurro di feedback positivi per attenuare gli input lenti e / o rumorosi.

— Russell McMahon,

Il circuito sembra OK per un utilizzo non troppo impegnativo.
In condizioni estreme può balbettare.

La risposta in frequenza al segnale di ingresso e i tempi accettabili di salita e discesa non sono stati specificati e se è necessario conoscere importanti.

Vbe di Q1 bloccherà la base a ~ = 1 V max.
L'Ibe può essere limitata usando, ad esempio, due diodi dalla giunzione R1-R2 a terra e un piccolo resistore (diciamo 100 Ohm) da questo punto alla base Q1 in modo che i diodi blocchino enormi transitori Vin a circa 1,5 - 2 V e morsetti a transistor per dire 0.7V.
Esempio: se un transitorio guida l'ingresso a 1000 V, I_R1 = 100 mA.
Se due diodi bloccano l'estremità inferiore di R1 in alto dicono 2 V, la corrente di base è quindi
(2 V-Vbe) / 100 R = 13 mA.
I valori possono essere regolati per adattarsi.

I resistori hanno valori di tensione indipendenti dalla dissipazione.
A tensioni molto elevate la tensione nominale di R1 diventa importante.
La dissipazione in R1 è ~ = V ^ 2 / R, quindi 1 Watt a 100 V con R1 = 10K.
A 1000V R1 la dissipazione è V ^ 2 / R = 1.000.000 / 10.000 = 100 Watt.
Non vorresti avere quel regalo a lungo o non devi fornire un resistore in grado di gestire quello stato stazionario.
Questo NON è necessario per ESD. Se mai si fosse verificata una situazione in cui occasionalmente potrebbe essere presente una tensione molto elevata per più di millisecondi, è possibile utilizzare un ingresso commutato disattivato in condizioni di tensione molto elevata.

Se i tempi di risposta non devono essere elevati, R1 può essere aumentato di valore per adattarsi a condizioni di tensione più elevate.

— Russell McMahon
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