这个电路如何与 3v3 微控制器连接 20V 信号

电器工程 微控制器 图片 晶体管 bjt
2022-01-16 07:02:45

我设计了以下电路,以将 12-20V 信号连接到以 3.3 伏电压运行的微控制器。信号为 20V 或开路。

我希望电路尽可能有弹性。它应该能够处理 EMI 和 ESD。

电路

  • R1是限制电流和偏置晶体管。
  • C1是实现一个低通滤波器。
  • R2用于下拉晶体管基极和电容C1放电,20V输入要么是20V要么是开路。
  • D1 用于保护晶体管免受基极负电压的影响。
  • R3 是上拉微控制器引脚。

欢迎对此电路提出任何意见和改进。

附带问题:这个晶体管可以承受的最大正电压是多少。数据表规定峰值基极电流为 100mA。如果基极保持在 0.7 伏,则输入可高达 1000 伏(10k 欧姆 * 100mA)。但是,如果输入为 1000 伏,分压器使电压为 500 伏。根据数据表,最大 Vcb 为 60 伏。

3个回答

在我看来很好。反向二极管 D1 是个好主意。如果您有至少 12V 的可用电压,您可能希望稍微降低 R2。该电路的阈值可能为 2V,您可以轻松地将 R2 减半或将 R1 加倍。

在瞬时极端过电压的情况下,基极-发射极电压(正向偏置)不会上升到 1 伏左右,即使是 100mA。它看起来像另一个与 D1 反向并联的二极管。BJT 在此应用中的优势之一。限制更可能是 R1 的电压额定值。

如果要考虑持续过压,可能必须考虑 R1 的额定功率。如果某个白痴将它连接到电源(我们通常可以假设大约 240VAC 是大多数白痴可以使用的电压 - 白痴可以使用更高的电压是一种自我消除的问题),那么 R1 将耗散近 6W,所以它必须是物理上很大的一部分。您可以通过增加 R1 的值来解决该问题,以便可以使用更小的部分。

当我需要一些“坚固”输入时,我自己设计了一个非常相似的电路。但是,我使用了 R1 = R2 = 100k(而不是 10k)。在 R3 = 10K 时使 Q1 饱和实际上并不需要太多输入电流。如果要保持相同的转角频率,请将 C1 减小相同的系数。

如果您想要一些滞后来改善开关特性,您可以考虑在 Q1 的发射极和地之间放置一个 100Ω 电阻,然后将 R2 的底端连接到该结。

对于不太苛刻的使用,电路看起来还不错。
在极端情况下,它可能会结结巴巴。

没有指定对输入信号的频率响应和可接受的上升和下降时间,如果重要则需要知道。

Q1 的 Vbe 将基极钳位在 ~= 1V 最大值。
Ibe 可以通过使用从 R1-R2 结到地的两个二极管和一个从该点到 Q1 基极的小电阻器(例如 100 欧姆)来限制 Ibe,以便二极管将大量 Vin 瞬态钳位到大约 1.5 - 2 V 并且晶体管钳位基极说0.7V。
示例:如果瞬态驱动输入为 1000V,I_R1 = 100 mA。
如果两个二极管将 R1 的底端钳位为 2V,则基极电流为
(2V-Vbe)/100R = 13 mA。
可以调整值以适应。

电阻器的额定电压与耗散无关。
在非常高的电压下,R1 的额定电压变得很重要。
R1 的耗散为 ~=V^2/R,因此在 100V 时为 1 瓦,R1 = 10K。
在 1000V 时,R1 耗散为 V^2/R = 1,000,000/10,000 = 100 瓦。
您不希望长时间使用它,或者必须提供一个可以处理该稳定状态的电阻器。
这对于 ESD 不是必需的。如果您确实遇到过非常高的电压可能偶尔存在超过毫秒的情况,您可以使用在非常高的电压条件下关闭的开关输入。

IF 响应时间不需要很高 R1 的值可以增加以适应更高的电压条件。