电阻之前或之后的TVS二极管


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对我来说,保护AVR引脚的最佳方法是RC滤波器和TVS二极管,但我一无所知。我已经看过原理图,其中TVS二极管位于RC滤波器之前,就像第一个原理图一样。

原理图

模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图

但是在电阻器之前,它需要更大的电流,因此TVS二极管的熔断速度比第二个原理图中TVS二极管在RC后面的情况要快。

原理图

模拟该电路

问题是:首先还是第二种保护AVR输入的方法更好?


AVR数据中关于电压和电流限制的说法是什么?输入没有ESD保护吗?
R Djorane '16

Answers:


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那里有三个用于保护AVR的组件,但是它们都在做不同的工作。

电阻在那里停止稳态高压。

该电容器将消除纹波/ RF /缓慢的瞬变。

TVS是为了抑制快速瞬变。

为了最大程度地发挥保护作用,您需要以最短(最低电感)的路径返回快速瞬态脉冲(例如ESD)。为此,您需要使TVS(响应速度最快的设备)尽可能靠近板子的输入。然后,电容器会更远一些(取决于布局和设计),而电阻器(仅用于处理非常缓慢或稳态的情况)几乎可以放在AVR的引脚上

编辑:作为其他一些答案的补充,您可以使用二极管(主要是齐纳二极管)钳位信号轨的电压。齐纳二极管和TVS二极管之间的重要区别在于反应速度和功耗:齐纳二极管将钳位电压稳定在一个稳态,但不会捕捉到来自ESD或类似事件的快速尖峰。TVS将快速做出反应并捕获尖峰信号,但不适用于处理持续的过电压事件。


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电阻在TVS之前和之后很有用,可用于不同目的。盖子可以与TVS平行放置,也可以直接放置在处理器引脚上;后者将提供更多的保护,但也会导致处理器对输入变化的响应更加缓慢。

如果设备的输入连接到已充电的电容器(例如100V),并且没有电阻,TVS可能会迅速钳位到6V,但是处理器的内部保护二极管将有很大的电流通过一伏的压降 来自电容器的绝大部分能量将消散在TVS中,但处理器仍会吸收有害量。此外,TVS几乎需要处理所有能量。

在外部环境和TVS之间添加一个电阻会降低电流,但是由于该电阻两端的电压接近100伏,因此它将流过大量电流,并且该电流最终会流过芯片的保护二极管。如上所述,TVS会有所帮助,但会为芯片处理留下大量能量。在这种情况下,大部分能量将通过电阻而不是TVS消散,因此TVS受到的压力较小。

如果TVS能够有效钳位电压,则在TVS和芯片之间而不是TVS与外界之间放置一个电阻可以保护芯片,因为电阻本身两端只有几伏。然而,TVS将消耗几乎所有来自电容器的能量。

到目前为止,在TVS的两侧都放置一个电阻器可以提供最佳的保护。大部分能量将散失在第一个电阻器中,从而使TVS更容易吸收其余的能量,而第二个电阻器将限制馈入CPU的峰值电流。

原理图

模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图

可以模拟上面的电路,打开和关闭继电器,以显示存在和不存在的电阻的不同组合。使用“模拟”按钮和“时域”选项卡,以及“运行时域模拟”。顶部轨迹显示了抑制二极管和“芯片”中的电流(在右侧由二极管和连接至VDD的电阻模拟)。底部曲线显示了流过右侧保护电阻的电流。当继电器使电阻短路时,该值将为零,但它以毫安而非安培为单位显示电流。添加第一个电阻器会大大减少抑制二极管和芯片吸收的电流总量,但是仅使用第一个电阻器,芯片仍然具有相当高的峰值电流。仅添加第二个电阻器就可以很好地保护芯片,


感谢您的可靠回复!我决定给2个电阻,一个在TVS之前,一个在后面
Piotr

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如果使用5V电源为设备供电,则需要确保引脚输入电压保持在一定范围内(视数据表而定),当输入电压源来自同一电源时,则不必担心它。

但是,如果AVR接受来自其他来源的数字信号,例如传感器,使用自己的电源供电的其他设备,该怎么办?我们可以确定电压始终在安全范围内吗?这就是为什么您需要使用两个ESD二极管(D1和D2)而不是一个TVS来保护逻辑免受过压和欠压的影响。而且,如果您希望输入电压可能超出限制,我们需要添加限流电阻R1和电容器C1来制成RC滤波器,电阻器部分用作限流电阻,而电容器则增加了毛刺过滤并消除了输入信号的反跳。在此处输入图片说明
我希望这回答了你的问题。


您也可以使用双向TVS。
亚当·卡维特·布尔

这里有齐纳二极管来钳位电压。TVS二极管用于对高尖峰做出快速反应,但不适用于持续的过电压事件。
Puffafish

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@Puffafish当我说ESD二极管时,它可以是TVS或齐纳二极管,但通常是TVS二极管,可以在低钳位电压和低电容之间实现最佳平衡。
R Djorane

例如,我的开关从一侧接地,而另一条信号线则通过内部AVR电阻上拉至5V。开/关开关会产生瞬态。我如何使其“坚不可摧”?串联电阻以限制电流(对于AVR的20mA),电容器以减缓瞬变,以及TVS二极管的击穿电压> 5.1V以保护免受正尖峰影响,这会有所帮助吗?AVR还具有内部二极管,但仅具有1mA的正向电流。
Piotr

是的,我认为这会有所帮助,通常我将标称击穿电压为5V6的TVS二极管用于1,2V至5.5V的输入。对于您来说,如果您的输入可以承受最大5V的电压,则具有5V1标称断开电压的TVS二极管就足够了。
R Djorane '16

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如果将电阻器置于TVS的“外部”(朝向瞬态能量的来源),则TVS开启时它将消散一些瞬态能量。这将允许您使用较小的(较低的额定能量)TVS。

这样看:

  1. 发生瞬变,没有电流流动,但是电阻器的两侧都出现了高电压。
  2. TVS会看到此高压并传导至地面。
  3. 这实际上是短路,因此现在电流开始流经电阻器和TVS接地。
  4. 电阻中的IR损耗会随着热量消散瞬态
  5. TVS看到的最大电流限制为V(瞬态)/ R

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第二个。

使用这种布局,您可以保护微控制器不受损坏,还可以防止输入信号在钳位瞬态时通过TVS短路到地。

编辑:

@Puffafish是正确的。您将获得最佳保护,将TVS置于信号输入端。因此第一种布局更好。

无论如何,在TVS之前放置一个电阻的好处是可以保护输入信号(以及TVS本身)。

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