Diode TVS trước hoặc sau điện trở

Cách tốt nhất để bảo vệ chân AVR cho tôi là bộ lọc RC và diode TVS nhưng tôi không biết một điều. Tôi đã thấy sơ đồ trong đó diode TVS trước bộ lọc RC như trong sơ đồ đầu tiên.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nhưng trước khi có điện trở thì dòng điện lớn hơn nên diode TVS sẽ thổi nhanh hơn trong trường hợp diode TVS sẽ đứng sau RC như trong sơ đồ thứ hai.

^{mô phỏng mạch này}

Câu hỏi là: Cách bảo vệ đầu vào AVR nào tốt hơn, thứ nhất hay thứ hai?

Bạn có ba thành phần ở đó để bảo vệ AVR, nhưng tất cả đều làm một công việc khác.

Các điện trở là có để dừng điện áp trạng thái ổn định cao.

Các tụ điện là để loại bỏ Ripple / RF / quá độ chậm.

TVS là để triệt tiêu quá độ nhanh.

Để có được sự bảo vệ tốt nhất, bạn cần phải có đường dẫn ngắn nhất (độ tự cảm thấp nhất) cho các xung nhanh nhất (chẳng hạn như ESD). Để làm điều này, bạn lắp TVS (thiết bị phản hồi nhanh nhất) càng gần đầu vào bảng càng tốt. Các tụ điện sau đó sẽ đi xa hơn một chút (tùy thuộc vào cách bố trí và thiết kế) và điện trở (chỉ xử lý các tình huống rất chậm, hoặc trạng thái ổn định) có thể nằm trên chân của AVR

EDIT: Như một số câu trả lời khác đã được thêm vào, bạn có thể sử dụng điốt (chủ yếu là điốt Zener) để kẹp điện áp của đường ray tín hiệu. Sự khác biệt quan trọng giữa điốt Zener và điốt TVS là tốc độ phản ứng và tiêu tán năng lượng: một Zener sẽ kẹp điện áp ở trạng thái ổn định, nhưng sẽ không bắt được các xung đột nhanh từ các sự kiện tương tự. Một TVS sẽ phản ứng nhanh và bắt được đột biến, nhưng không được thiết kế để xử lý sự kiện điện áp tiếp diễn.

Điện trở rất hữu ích trước và sau TVS để phục vụ các mục đích khác nhau. Nắp có thể được đặt song song với TVS hoặc trực tiếp ở chân bộ xử lý; cái sau sẽ cung cấp sự bảo vệ nhiều hơn, nhưng cũng sẽ khiến bộ xử lý phản ứng chậm hơn với những thay đổi trong đầu vào.

Nếu đầu vào của thiết bị được kết nối với tụ điện tích điện (ví dụ 100V) và không có điện trở ở bất kỳ đâu, TVS có thể nhanh chóng kẹp vào 6V, nhưng diode bảo vệ bên trong của bộ xử lý sẽ có một dòng điện rất lớn được truyền qua nó với một giảm một volt. Phần lớn năng lượng từ tụ điện sẽ bị tiêu tán trong TVS, nhưng bộ xử lý vẫn sẽ hấp thụ một lượng gây hại. Hơn nữa, gần như toàn bộ năng lượng sẽ cần được xử lý bởi TVS.

Thêm một điện trở giữa thế giới bên ngoài và TVS sẽ làm giảm dòng điện, nhưng vì điện trở sẽ có gần 100 volt trên nó, nó sẽ truyền một lượng đáng kể dòng điện và dòng điện đó sẽ chảy qua diode bảo vệ chip. Như trên, TVS sẽ giúp, nhưng để lại một lượng năng lượng lớn cho chip xử lý. Trong kịch bản này, phần lớn năng lượng sẽ bị tiêu tan bởi điện trở hơn là TVS, do đó TVS sẽ được nhấn mạnh ít nghiêm trọng hơn.

Đặt điện trở giữa TVS và chip, nhưng không phải giữa TVS và thế giới bên ngoài, sẽ bảo vệ chip với điều kiện TVS có thể kẹp điện áp hiệu quả, vì bản thân điện trở chỉ có vài volt. TVS, tuy nhiên, sẽ bị phá hủy với việc tiêu tan gần như toàn bộ năng lượng từ tụ điện.

Đặt một điện trở ở cả hai phía của TVS sẽ cung cấp sự bảo vệ tốt nhất. Hầu hết năng lượng sẽ bị tiêu tán trong điện trở thứ nhất, giúp TVS dễ dàng hấp thụ phần còn lại hơn, trong khi điện trở thứ hai sẽ hạn chế dòng điện cực đại đưa vào CPU.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Mạch ở trên có thể được mô phỏng, với các rơle được mở và đóng để hiển thị các tổ hợp điện trở khác nhau có mặt và vắng mặt. Sử dụng nút "Mô phỏng" và tab "Miền thời gian" và "chạy mô phỏng miền thời gian". Dấu vết trên cùng cho thấy dòng điện trong diode triệt tiêu và "chip" [được mô phỏng ở bên phải bởi một diode và điện trở với VDD]. Dấu vết phía dưới cho thấy dòng điện qua điện trở bảo vệ bên phải; đó sẽ là 0 khi rơle bị chập điện trở, nhưng nó cho thấy dòng điện tính bằng milliamp chứ không phải ampe. Thêm điện trở đầu tiên sẽ cắt giảm đáng kể tổng lượng dòng được hấp thụ bởi diode và chip, nhưng chỉ với điện trở đầu tiên, chip vẫn có dòng điện cực đại khá cao. Chỉ thêm điện trở thứ hai sẽ bảo vệ chip khá tốt,

Nếu bạn cấp nguồn cho thiết bị của mình bằng nguồn 5V, bạn cần đảm bảo rằng điện áp đầu vào của pin vẫn ở trong phạm vi nhất định (giảm trên biểu dữ liệu), Khi nguồn điện áp đầu vào được lấy từ cùng một nguồn, bạn không phải lo lắng nhiều về nó

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu AVR chấp nhận tín hiệu số từ các nguồn khác như cảm biến, các thiết bị khác được cung cấp nguồn điện riêng. Chúng ta có thể chắc chắn rằng điện áp sẽ luôn trong giới hạn an toàn? Đây là lúc bạn cần sử dụng hai điốt ESD (D1 và D2) thay vì một TVS để bảo vệ logic khỏi điện áp quá cao và dưới điện áp. Và nếu bạn cho rằng điện áp đầu vào có thể bị giới hạn, chúng ta cần thêm điện trở giới hạn hiện tại R1 và tụ điện C1 để tạo bộ lọc RC, phần Điện trở đóng vai trò là điện trở giới hạn dòng điện trong khi tụ bổ sung lọc các sự cố và phát ra tín hiệu đầu vào. .
Tôi mong bạn trả lời câu hỏi này.

Nếu bạn đặt điện trở "bên ngoài" (về phía nguồn năng lượng nhất thời) của TVS, nó sẽ tiêu tan một phần năng lượng nhất thời khi TVS bật. Điều này sẽ cho phép bạn sử dụng TVS nhỏ hơn (xếp hạng năng lượng thấp hơn).

Nhìn nó theo cách này:

1. Quá độ xảy ra, và không có dòng điện, nhưng một điện áp cao xuất hiện ở cả hai phía của điện trở.
2. TVS thấy điện áp cao này và dẫn xuống đất.
3. Đó thực sự là một mạch ngắn, vì vậy bây giờ dòng điện bắt đầu chảy qua điện trở và TVS xuống đất.
4. Các tổn thất IR trong điện trở làm tiêu tan thoáng qua dưới dạng nhiệt
5. Dòng tối đa mà TVS nhìn thấy được giới hạn ở V (thoáng qua) / R

Cái thứ hai.

Với cách bố trí này, bạn đang bảo vệ bộ vi điều khiển khỏi bị hư hại, và cũng bảo vệ tín hiệu đầu vào không bị chập xuống đất thông qua TVS khi nó được kẹp tạm thời.

Biên tập:

@Puffafish nói đúng. Bạn sẽ nhận được sự bảo vệ tốt nhất khi đặt TVS ở đầu vào tín hiệu. Vì vậy, bố trí đầu tiên là tốt hơn.

Dù sao, đặt một điện trở trước TVS có lợi ích bảo vệ đơn đầu vào (và chính TVS).