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。
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。
问题是:首先还是第二种保护AVR输入的方法更好?
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。
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。
问题是:首先还是第二种保护AVR输入的方法更好?
Answers:
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。
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。
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,
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。。
我希望这回答了你的问题。
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)。