Diodo TVS prima o dietro la resistenza

Il modo migliore per proteggere il pin AVR per me è il filtro RC e il diodo TVS ma non so una cosa. Ho visto schemi in cui il diodo TVS era prima del filtro RC come nei primi schemi.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ma prima della resistenza è una corrente più grande, quindi il diodo TVS soffierà più velocemente che nella situazione in cui il diodo TVS sarebbe dietro RC come nei secondi schemi.

^{simula questo circuito}

La domanda è: quale modo di proteggere l'ingresso AVR è migliore, primo o secondo?

Ci sono tre componenti lì che sono tutti lì per proteggere l'AVR, ma tutti stanno facendo un lavoro diverso.

Il resistore è lì per arrestare le alte tensioni stazionarie.

Il condensatore è per rimuovere i transitori ripple / RF / slow.

Il TVS deve sopprimere i transitori veloci.

Per ottenere il meglio dalla tua protezione, devi avere il percorso più breve (induttanza più bassa) indietro per gli impulsi transitori veloci (come ESD). Per fare ciò, si adatta il TVS (il dispositivo a risposta più rapida) il più vicino possibile all'ingresso sulla scheda. Il condensatore sarebbe quindi un po 'più avanti (a seconda del layout e del design) e il resistore (che si occupa solo di situazioni molto lente o stazionarie) può essere praticamente sul pin dell'AVR

EDIT: come alcune delle altre risposte hanno aggiunto, è possibile utilizzare diodi (principalmente diodi Zener) per bloccare la tensione della barra del segnale. La differenza importante tra i diodi Zener e i diodi TVS è la velocità di reazione e la dissipazione di potenza: uno Zener bloccherà la tensione in condizioni stazionarie, ma non colpirà i picchi rapidi di ESD o eventi simili. Un TVS reagirà rapidamente e catturerà il picco, ma non è progettato per gestire un evento di sovratensione continuo.

I resistori sono utili prima e dopo il TVS per scopi diversi. Il cappuccio può essere posizionato in parallelo con il TVS o direttamente sul pin del processore; quest'ultimo fornirà un po 'più di protezione, ma farà anche in modo che il processore risponda più lentamente ai cambiamenti nell'input.

Se l'ingresso al dispositivo fosse collegato a un condensatore caricato (ad es. 100 V) e non ci fosse resistenza da nessuna parte, il TVS potrebbe rapidamente bloccarsi a 6 V, ma il diodo di protezione interno del processore avrebbe una quantità molto grande di corrente forzata attraverso di esso con una caduta di un volt. La grande maggioranza dell'energia dal condensatore sarebbe dissipata nel TVS, ma il processore assorbirebbe comunque una quantità dannosa. Inoltre, quasi tutta l'energia dovrebbe essere gestita dal TVS.

L'aggiunta di un resistore tra il mondo esterno e il TVS ridurrebbe la corrente, ma poiché il resistore avrebbe quasi 100 volt su di esso, passerebbe una quantità significativa di corrente e quella corrente finirà per fluire attraverso il diodo di protezione del chip. Come sopra, il TVS sarebbe di aiuto, ma lasciava una grande quantità di energia da gestire per il chip. In questo scenario, la maggior parte dell'energia sarebbe dissipata dal resistore anziché dal TVS, quindi il TVS sarebbe stressato meno severamente.

Posizionare un resistore tra il TVS e il chip, ma non tra il TVS e il mondo esterno, proteggerebbe il chip a condizione che il TVS fosse in grado di bloccare efficacemente la tensione, poiché il resistore stesso avrebbe solo pochi volt. Il TVS, tuttavia, verrebbe assorbito dissipando quasi tutta l'energia dal condensatore.

Posizionare un resistore su entrambi i lati del TVS fornirebbe di gran lunga la migliore protezione. La maggior parte dell'energia sarebbe dissipata nel primo resistore, rendendo molto più semplice per il TVS assorbire il resto, mentre il secondo resistore limiterebbe la corrente di picco immessa nella CPU.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il circuito sopra può essere simulato, con i relè aperti e chiusi per mostrare diverse combinazioni di resistori presenti e assenti. Utilizzare il pulsante "Simulazione" e la scheda "Dominio temporale" e "Simulazione dominio dominio runtime". La traccia superiore mostra la corrente nel diodo di soppressione e il "chip" [simulato a destra da un diodo e resistenza a VDD]. La traccia inferiore mostra la corrente attraverso il resistore di protezione destro; sarà zero quando il relè sta cortocircuitando la resistenza, ma mostra la corrente in milliampere anziché in ampere. L'aggiunta del primo resistore riduce notevolmente la quantità totale di corrente assorbita dal diodo di soppressione e dal chip, ma con solo il primo resistore il chip ha ancora una corrente di picco piuttosto elevata. Aggiungendo solo il secondo resistore si proteggerebbe abbastanza bene il chip,

Se si alimenta il dispositivo con un'alimentazione a 5 V, è necessario assicurarsi che la tensione di ingresso del pin rimanga in un determinato intervallo (deprend sul foglio dati), quando la sorgente di tensione di ingresso viene prelevata dallo stesso alimentatore, non è necessario preoccuparsi molto di esso.

Ma cosa succede se AVR accetta segnali digitali da altre fonti come sensori, altri dispositivi che sono alimentati con i propri alimentatori. Possiamo essere sicuri che la tensione sarà sempre entro limiti di sicurezza? Per questo motivo è necessario utilizzare due diodi ESD (D1 e D2) anziché un TVS per proteggere la logica da sovratensioni e sottotensioni. E se ci si aspetta che la tensione di ingresso possa essere off limits, è necessario aggiungere la resistenza di limitazione della corrente R1 e un condensatore C1 per creare un filtro RC, la parte della resistenza funge da resistenza di limitazione della corrente mentre il condensatore aggiunge il filtraggio dei glitch e rimbalza i segnali di ingresso. .
Spero che questo risponda alla tua domanda.

Se si mette il resistore "all'esterno" (verso la fonte dell'energia transitoria) del TVS, dissiperà parte dell'energia transitoria quando il TVS si accende. Ciò ti consentirà di utilizzare un TVS più piccolo (a basso consumo energetico).

Guardate in questo modo:

1. Il transitorio si verifica e non c'è flusso di corrente, ma un'alta tensione appare su entrambi i lati del resistore.
2. Il TVS vede questa alta tensione e conduce a terra.
3. Questo è effettivamente un corto circuito, quindi ora la corrente inizia a fluire attraverso la resistenza e il TVS verso terra.
4. Le perdite IR nel resistore dissipano il transitorio come calore
5. La massima corrente rilevata dal TVS è limitata a V (transitoria) / R

Il secondo.

Con questo layout si protegge il microcontrollore da eventuali danni e si protegge anche il segnale di ingresso da cortocircuito verso massa tramite il TVS quando sta bloccando un transitorio.

Modificare:

@Puffafish ha ragione. Otterrai la migliore protezione mettendo il TVS all'ingresso del segnale. Quindi il primo layout è migliore.

Ad ogni modo, mettere un resistore davanti al TVS ha il vantaggio di proteggere l'ingresso singal (e il TVS stesso).