TVS-Diode vor oder hinter dem Widerstand

Sie haben dort drei Komponenten, die alle zum Schutz des AVR da sind, aber alle eine andere Aufgabe erfüllen.

Der Widerstand dient dazu, hohe Dauerspannungen zu stoppen.

Der Kondensator soll Welligkeit/HF/langsame Transienten entfernen.

Das TVS soll schnelle Transienten unterdrücken.

Um das Beste aus Ihrem Schutz herauszuholen, müssen Sie den kürzesten (geringste Induktivität) Weg zurück für die schnellen transienten Impulse (wie ESD) haben. Dazu montieren Sie das TVS (das am schnellsten reagierende Gerät) so nah wie möglich am Eingang der Platine. Der Kondensator wäre dann etwas weiter innen (je nach Layout und Design) und der Widerstand (der nur sehr langsame oder stationäre Situationen bewältigt) kann sich ziemlich genau auf dem Pin des AVR befinden

BEARBEITEN: Wie einige der anderen Antworten hinzugefügt haben, können Sie Dioden (hauptsächlich Zenerdioden) verwenden, um die Spannung der Signalschiene zu klemmen. Der wichtige Unterschied zwischen Zenerdioden und TVS-Dioden ist die Reaktionsgeschwindigkeit und die Verlustleistung: Ein Zener klemmt die Spannung im stationären Zustand, fängt jedoch nicht die schnellen Spitzen von ESD oder ähnlichen Ereignissen ab. Ein TVS reagiert schnell und fängt die Spitze ab, ist aber nicht dafür ausgelegt, ein anhaltendes Überspannungsereignis zu bewältigen.

Widerstände sind vor und nach dem TVS nützlich, um verschiedenen Zwecken zu dienen. Die Kappe kann entweder parallel zum TVS oder direkt am Prozessorstift platziert werden; Letzteres bietet etwas mehr Schutz, führt aber auch dazu, dass der Prozessor langsamer auf Änderungen in der Eingabe reagiert.

Wenn der Eingang des Geräts mit einem aufgeladenen Kondensator (z. B. 100 V) verbunden wäre und es nirgendwo einen Widerstand gäbe, könnte der TVS schnell auf 6 V geklemmt werden, aber die interne Schutzdiode des Prozessors würde einen sehr großen Strom durch ihn zwingen mit einem Volt Abfall. Der überwiegende Teil der Energie des Kondensators würde im TVS dissipiert, aber der Prozessor würde immer noch eine schädliche Menge absorbieren. Außerdem müsste fast die gesamte Energie vom TVS gehandhabt werden.

Das Hinzufügen eines Widerstands zwischen der Außenwelt und dem TVS würde den Strom reduzieren, aber da der Widerstand fast 100 Volt hätte, würde er eine erhebliche Strommenge durchlassen, und dieser Strom würde schließlich durch die Schutzdiode des Chips fließen. Wie oben würde das TVS helfen, aber eine große Menge Energie für den Chip übrig lassen. In diesem Szenario würde der größte Teil der Energie eher vom Widerstand als vom TVS abgeführt, sodass das TVS weniger stark belastet würde.

Das Platzieren eines Widerstands zwischen dem TVS und dem Chip, aber nicht zwischen dem TVS und der Außenwelt, würde den Chip schützen, vorausgesetzt, das TVS könnte die Spannung effektiv klemmen, da der Widerstand selbst nur wenige Volt darüber hätte. Der TVS würde jedoch fast die gesamte Energie aus dem Kondensator abführen.

Das Platzieren eines Widerstands auf beiden Seiten des TVS würde bei weitem den besten Schutz bieten. Der größte Teil der Energie würde im ersten Widerstand dissipiert, wodurch es für das TVS viel einfacher wäre, den Rest zu absorbieren, während der zweite Widerstand den in die CPU eingespeisten Spitzenstrom begrenzen würde.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die obige Schaltung kann simuliert werden, wobei die Relais geöffnet und geschlossen werden, um verschiedene Kombinationen von vorhandenen und fehlenden Widerständen anzuzeigen. Verwenden Sie die Schaltfläche "Simulation" und die Registerkarte "Zeitbereich" sowie "Laufzeitbereichssimulation". Die obere Spur zeigt den Strom in der Unterdrückungsdiode und dem "Chip" [simuliert rechts durch eine Diode und einen Widerstand gegen VDD]. Die untere Kurve zeigt den Strom durch den rechten Schutzwiderstand; Das ist Null, wenn das Relais den Widerstand kurzschließt, aber es zeigt den Strom in Milliampere und nicht in Ampere. Durch das Hinzufügen des ersten Widerstands wird die Gesamtstrommenge, die von der Unterdrückungsdiode und dem Chip absorbiert wird, stark reduziert, aber mit nur dem ersten Widerstand hat der Chip immer noch einen ziemlich hohen Spitzenstrom. Das Hinzufügen nur des zweiten Widerstands würde den Chip ziemlich gut schützen,

Wenn Sie Ihr Gerät mit einer 5-V-Versorgung versorgen, müssen Sie sicherstellen, dass die Pin-Eingangsspannung in einem bestimmten Bereich bleibt (abhängig vom Datenblatt). Wenn die Eingangsspannungsquelle von derselben Stromversorgung stammt, müssen Sie sich keine Sorgen machen es.

Aber was ist, wenn der AVR digitale Signale von anderen Quellen wie Sensoren oder anderen Geräten akzeptiert, die mit eigenen Netzteilen betrieben werden? Können wir sicher sein, dass die Spannung immer innerhalb sicherer Grenzen liegt? Aus diesem Grund müssen Sie zwei ESD-Dioden (D1 und D2) anstelle eines TVS verwenden, um die Logik vor Überspannungen und Unterspannungen zu schützen. Und wenn Sie erwarten, dass die Eingangsspannung außerhalb der Grenzen liegt, müssen wir den Strombegrenzungswiderstand R1 und einen Kondensator C1 hinzufügen, um einen RC-Filter zu erstellen. Der Widerstandsteil dient als Strombegrenzungswiderstand, während der Kondensator das Filtern von Störungen und das Entprellen von Eingangssignalen hinzufügt. .
Ich hoffe, das beantwortet Ihre Frage.

Wenn Sie den Widerstand "außerhalb" (in Richtung der Quelle der transienten Energie) des TVS platzieren, wird ein Teil der transienten Energie beim Einschalten des TVS abgebaut. Dadurch können Sie ein kleineres (niedrigere Energieeffizienzklasse) TVS verwenden.

Betrachten Sie es so:

1. Die Transiente tritt auf, und es fließt kein Strom, aber auf beiden Seiten des Widerstands erscheint eine hohe Spannung.
2. Das TVS sieht diese Hochspannung und leitet zur Masse.
3. Das ist effektiv ein Kurzschluss, also beginnt jetzt Strom durch den Widerstand und das TVS zur Masse zu fließen.
4. Die IR-Verluste im Widerstand führen die Transiente als Wärme ab
5. Der vom TVS gesehene maximale Strom ist auf V(transient)/R begrenzt

Der zweite.

Mit diesem Layout schützen Sie den Mikrocontroller vor Beschädigung und schützen auch das Eingangssignal vor einem Kurzschluss mit Masse über das TVS, wenn es einen Transienten festklemmt.

Bearbeiten:

@Puffafish hat Recht. Sie erhalten den besten Schutz, wenn Sie den Fernseher am Signaleingang platzieren. Das erste Layout ist also besser.

Wie auch immer, das Platzieren eines Widerstands vor dem TVS hat den Vorteil, das Eingangssignal (und das TVS selbst) zu schützen.