Verwendung einer Reihendiode zum Schutz des Eingangs mit Pull-up-Widerstand

Ich habe einen Schaltereingang, den ich vor Fehlverdrahtung auf 12-V-Batteriestrom, Verpolung auf Strom, ESD und Transienten schützen muss.

Ich habe versucht, eine Zenerdiodenschaltung zu verwenden, um die Überspannung zu bewältigen:

Lenkdioden mit Zener-Schutzschaltung Lenkdiode mit Zener-Schutzschaltungssimulation

Das Problem ist, dass der „Sättigungsstrom“ der Zenerdiode hoch genug ist (3 mA bei 5,1 V), dass sie zu viel Strom „leckt“, als dass der 10k-Pullup-Widerstand damit Schritt halten könnte. Anstatt hochgezogen zu werden, bleibt das Signal niedrig:Zenerdiode, die den gesamten Pull-up-Strom zieht

Den Pull-up-Widerstand so weit zu senken, dass er mit dem Zener mithalten konnte, funktionierte nicht. Es wurde ein Spannungsteiler mit dem 300-Ohm-Rückstrombegrenzungswiderstand erstellt, sodass kein gutes logisches Hoch erhalten würde.

Mir ist aufgefallen, dass der Strom immer nach außen fließt, da dies ein Schalter ist, also habe ich versucht, anstelle des Zeners eine normale Diode auf der Signalleitung zu verwenden:

Unidirektionale Diodenschutzschaltung Simulation einer unidirektionalen Diodenschutzschaltung

Dies scheint in der Simulation zu funktionieren, aber ich habe es noch nie zuvor gesehen. Gibt es Gründe, keine Inline-Diode zum Schutz eines Eingangs zu verwenden?

Die Diode sollte den normalen Betrieb nicht stören, da immer Strom vom Pull-up-Widerstand zum Schalter fließt. Da es sich um eine Schottky-Diode handelt, ist der Spannungsabfall klein genug, um das Maximum für einen logisch niedrigen Pegel (0,8 V) nicht zu überschreiten.

ein Open-Drain- Eingang ?
Hier gibt es eine sehr verwirrte Terminologie ... "Open-Drain-Eingang", "Strom sollte nur fließen ... durch den Schalter zum Drain" usw. Außerdem ist in Ihrem Diagramm unklar, wie dieser Zener tatsächlich angeschlossen ist.
@Hearth Ich habe bearbeitet, um die richtige Terminologie zu verwenden. Ich dachte, "Open-Drain" könnte sich auf jedes Signal beziehen, das einen Pull-up-Widerstand verwendet
@brhans ja, das von mir verwendete Schaltungswerkzeug fügt die kleinen Drahthöcker nicht ein. Sie sagen, dass Kreuzungen von 3 oder mehr Drähten einen weißen Kreis haben, wenn sie verbunden sind, und keinen Kreis, wenn sie nicht verbunden sind

Antworten (1)

Wenn ich es richtig verstehe, besteht Ihr Problem darin, zu vermeiden, dass der Eingang "erfasst" wird, wenn die Polarität oder ein anderer Schutz auslöst ...

Der Diodenansatz ist an sich nicht falsch, aber denken Sie an die Durchbruchspannung, die Sie in jedem Zustand benötigen würden.

Dein Ansatz ist ein guter Anfang. Eine gute Möglichkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Arten von Rauschen zu verbessern, besteht darin, etwas Strom im Terminal zu benötigen (wenn möglich). Die ultimative Lösung ist natürlich der Optokoppler (der manchmal billiger sein kann als ein vollständiges Schutznetzwerk).

MCU-Eingänge sind CMOS-basiert, sodass sie Leckagen in der Größenordnung von nA aufweisen würden. Wie Sie gesehen haben, könnte dies zu Leckageproblemen führen. Wenn Sie jedoch beispielsweise den billigsten PNP-BJT davor stellen, haben Sie zwei große Probleme gelöst:

  • ESD und Transienten sind viel weniger problematisch, eine bipolare Komponente, da die Robustheit nur von einem Stück Draht übertroffen wird;

  • Abhängig vom Basiswiderstand benötigen Sie etwa 100 µA oder einige mA Strom, um aktiv zu fließen, um den Eingang zu schalten, sodass die meisten kapazitiv gekoppelten Störungen unterdrückt werden.

Als Bonus ist der BE-Übergang bereits die Diode, die Sie zum Schutz verwenden wollten.

Achten Sie auch auf die effektive Klemmenleistung Ihres Zeners/Fernsehers: Der sehr beliebte USBLC6 hat eine Standoff-Spannung von 5 V, aber eine Klemmenspannung von 12-17 V (abhängig von der Schwere des Transienten). Dies könnte die Klemmdioden der MCU überlasten (überprüfen Sie die Bewertung im Datenblatt).

Eine andere Sache, eher auf der "funktionalen" Seite der Sache: Die Verwendung eines RC-Filters erzeugt ein langsames Signal, überprüfen Sie, ob Ihre MCU dies ohne Oszillationen oder Übersinken handhabt: CMOS-Eingänge mögen Zwischenspannungen nicht genau, wenn Sie einen Schottky konfigurieren können Trigger auf die Eingabe, die die beste Vorgehensweise wäre

Verwendung einer Reihendiode zum Schutz des Eingangs mit Pull-up-Widerstand
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