电阻前后的 TVS 二极管

电器工程 二极管 筛选 保护 遥控 电视
2022-01-27 17:31:31

对我来说保护 AVR 引脚的最好方法是 RC 滤波器和 TVS 二极管,但我不知道一件事。我已经看到了 TVS 二极管在 RC 滤波器之前的示意图,就像在第一个示意图中一样。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

但是在电阻之前它是更大的电流,因此 TVS 二极管会比第二个示意图中 TVS 二极管在 RC 后面的情况更快。

示意图

模拟这个电路

问题是:第一种还是第二种保护 AVR 输入的方法更好?

4个回答

那里有三个组件都可以保护 AVR,但它们都在做不同的工作。

电阻器用于停止稳态高压。

电容器用于消除纹波/RF/慢瞬变。

TVS 用于抑制快速瞬变。

为了充分利用您的保护,您需要为快速瞬态脉冲(例如 ESD)提供最短(最低电感)的返回路径。为此,您需要将 TVS(响应速度最快的设备)安装在尽可能靠近电路板输入的位置。然后电容器会更远一些(取决于布局和设计),而电阻器(仅处理非常慢或稳态的情况)几乎可以在 AVR 的引脚上

编辑:正如其他一些答案所添加的那样,您可以使用二极管(主要是齐纳二极管)来钳位信号轨的电压。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:齐纳二极管会将电压钳制在稳定状态,但不会捕捉 ESD 或类似事件的快速尖峰。TVS 会迅速做出反应并捕捉尖峰,但不是为处理持续的过压事件而设计的。

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

如果设备的输入连接到充电电容器(例如 100V)并且没有任何电阻器,TVS 可能会很快钳位到 6V,但处理器的内部保护二极管将有非常大的电流强制通过它一伏降。来自电容器的大部分能量会在 TVS 中消散,但处理器仍会吸收破坏性的能量。此外,几乎所有的能量都需要由 TVS 处理。

在外部世界和 TVS 之间添加一个电阻器会降低电流,但由于电阻器两端的电压接近 100 伏,它会通过大量电流,而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,但会留下大量能量供芯片处理。在这种情况下,大部分能量将由电阻器而不是 TVS 耗散,因此 TVS 的应力不会那么严重。

在 TVS 和芯片之间放置一个电阻器,而不是在 TVS 和外界之间放置一个电阻器,可以保护芯片,前提是 TVS 能够有效地钳位电压,因为电阻器本身的电压只有几伏。然而,TVS 会消耗几乎所有来自电容器的能量。

在 TVS 的两侧放置一个电阻器将提供迄今为止最好的保护。大部分能量将消耗在第一个电阻器中,使 TVS 更容易吸收其余能量,而第二个电阻器将限制馈入 CPU 的峰值电流。

示意图

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器的不同组合。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[在右侧由二极管和电阻器连接到 VDD]。底部迹线显示通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,但它以毫安而不是安培为单位显示电流。添加第一个电阻大大减少了抑制二极管和芯片吸收的电流总量,但仅使用第一个电阻,芯片仍然具有相当高的峰值电流。只添加第二个电阻可以很好地保护芯片,

如果您使用 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(根据数据表),当输入电压源取自同一电源时,您不必担心它。

但是,如果 AVR 正在接受来自其他来源的数字信号,例如传感器、其他由自己的电源供电的设备,该怎么办。我们能确定电压总是在安全范围内吗?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。如果您预计输入电压可能超出限制,我们需要添加限流电阻 R1 和电容 C1 来制作 RC 滤波器,电阻部分用作限流电阻,而电容则增加了毛刺滤波和去抖输入信号。在此处输入图像描述.
我希望这回答了你的问题。

如果将电阻器放在 TVS 的“外部”(朝向瞬态能量的来源),它会在 TVS 开启时消散一些瞬态能量。这将允许您使用更小的(低能量等级)TVS。

这样看:

  1. 发生瞬变,没有电流流过,但电阻两侧出现高压。
  2. TVS 看到这个高电压并接地。
  3. 这实际上是短路,所以现在电流开始流经电阻器和 TVS 到地。
  4. 电阻器中的 IR 损耗将瞬态作为热量消散
  5. TVS 看到的最大电流限制为 V(transient)/R