Ist der ESD- und Überspannungsschutz für meine ADC-Schaltung ausreichend?

Ich baue gerade ein Datenerfassungsgerät zur Überwachung von Akkupacks, die 8 Lithiumzellen enthalten. Das Gerät protokolliert regelmäßig die Spannungen aller 8 Zellen sowie die von 3 Thermistoren gesammelten Temperaturen. Mein Gerät verfügt über einen Mikrocontroller der STM32L-Serie.

Ab sofort versuche ich herauszufinden, was die Eingangsschaltung für den ADC sein sollte. Aufgrund der hohen Leistung des Systems, das zwei große Industriemotoren enthält, die unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind, gehe ich davon aus, dass das Batteriepaket hohen Spannungs- und Stromspitzen ausgesetzt wäre. Ich nehme Abgriffe von jeder Zelle und verbinde sie mit meinem Gerät.

In Bezug auf den Schutz habe ich einige Nachforschungen angestellt und festgestellt, dass ich wahrscheinlich TVS und Klemmdioden als Schutzmittel untersuchen sollte. Der zu messende Eingangsbereich beträgt 0-32V. Ich habe folgende Schaltung vermutet:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die TVS-Diode ist SMAJ33A ( http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/tvs_diodes/littelfuse_tvs_diode_smaj_datasheet.pdf.pdf ) mit einer Abstandsspannung von 33 V und einer maximalen Klemmspannung von 53,3 V bei 7,5 A ( Ipp). Ich bin mir nicht sicher, wie ich die TVS-Diode auswählen soll (oder ob ich überhaupt eine brauche!), Daher würde ich mich sehr über Ratschläge dazu freuen. Für den Klemmdiodenteil folge ich dem ADC-Eingangsschutz? . Ich habe Bat54S-Dual-Schottky-Dioden ausgewählt. Dies soll hoffentlich einen Überspannungsschutz bieten.

Glauben Sie, dass meine Wahl des Schaltungsschutzes für diese Anwendung ausreicht? Jeder Rat wäre wirklich dankbar. Danke!

Stellen Sie sicher, dass Ihre Schutzdioden nicht auslaufen
Der Leckstrom beträgt 1 uA bei der Abstandsspannung (33 V) gemäß dem TVS-Datenblatt. Reicht dies aus, um die ADC-Messwerte zu beeinflussen?
Ich stimme anderen Mitwirkenden zu, entfernen Sie Dioden, aber entfernen Sie auch TVS, es kann nur fehlschlagen, wenn es überlastet ist, aber keinen großen Nutzen bringt. Stellen Sie nur sicher, dass R1 den erwarteten Überspannungen standhalten kann (dh wählen Sie keinen 0603 oder ähnliches) und verschieben Sie C1 zum Operationsverstärkereingang, filtern Sie je früher, desto besser für EMI und helfen Sie auch beim Überbrücken von Überspannungen.
OK danke. Wenn ich einen 0805 mit einer Nennleistung von 0,5 W wähle, sollte dies hoffentlich ausreichen?
Überprüfen Sie die maximale Spannung und Stoßfestigkeit des Widerstands mit Ihrem erwarteten Stoß. Nebenbemerkungen 1.Widerstände sind oft schlecht spezifiziert AFA ihre Überspannungsfähigkeit, Sie können sich für einen bestimmten Überspannungswiderstand entscheiden (alle Anbieter haben spezifische Produkte) oder Tests und fundierte Vermutungen an "normalen" Widerständen durchführen. Die ersten sind nicht wesentlich teurer als normale, aber es kann sich als schwierig erweisen, sicherzustellen, dass Monteure genau die von Ihnen gewählte Teilenummer kaufen. Es kommt sehr darauf an, was dahintersteckt. 2.Sehr oft ist es am schwierigsten, die zu erwartende Überspannung zu erraten. Im Zweifelsfall halten Sie sich an eine geeignete IEC-Norm.

Antworten (1)

Die wichtigste Komponente, die vorhanden sein muss, ist R1 und hat 100 kOhm, also können Sie loslegen. Jeder IC, einschließlich des AD820, verfügt bereits über ESD-Schutzdioden am Eingang. Sie haben parallel dazu zusätzliche BAT54-Dioden hinzugefügt, das wird nicht schaden, aber sie werden auch nicht wirklich benötigt.

Diese internen (auf dem Chip) ESD-Dioden schützen den Chip ausreichend, solange Sie den Strom begrenzen, was Sie mit R1 tun.

Der TVS D2 bietet nur dann zusätzlichen Schutz, wenn etwas (z. B. Serienwiderstand) vorhanden ist, um den Strom zu begrenzen. Wenn die Eingangsspannung ausreicht, um D2 leitend zu machen, der Strom jedoch nicht irgendwie begrenzt ist, zerstört sich D2 selbst.

Also: Alles in allem sieht Ihr Schaltplan für mich gut aus, Sie könnten einige Komponenten entfernen, wenn Sie Kosten sparen möchten, aber es wird auch so funktionieren, wie es jetzt ist.

Vielen Dank für Ihren Rat! Ich werde die BAT54-Dioden wie von Ihnen erklärt entfernen, es gibt wirklich keinen Grund dafür. Für die TVS-Diode D2 ist es nach meinem jetzigen Verständnis nutzlos, wenn ich keinen Vorwiderstand davor einbaue? Wenn ich beispielsweise einen 1k-Widerstand hinzufügen würde, wäre dies ausreichend?
Das TVS ist nur nützlich, wenn Sie möchten, dass es sich um Schwachstromspitzen usw. kümmert. Aber wie ich bereits erwähnt habe, ist der Schutz durch R1 und der eingebaute ESD-Schutz des AD-Chips ausreichend, Sie brauchen dieses TVS nicht wirklich . Ein TVS könnte nützlich sein, wenn Ihr Design erfordert, dass R1 einen viel niedrigeren Wert wie 1 kOhm hat. Aber die 100 kOhm, die Sie haben, sorgen im Grunde dafür, dass der Strom niemals schädliche Werte überschreiten kann.
Ok, ich glaube ich habe es jetzt verstanden. Tatsächlich sind also bereits Clipping-/TVS-Dioden in den AD-Chip eingebaut, aber wir können nur einen sehr kleinen Strom in die Eingänge einspeisen, sodass mein großer 100-K-Widerstand eine ausreichend große Strombegrenzung einrichtet? Nach etwas mehr Recherche sieht es so aus, als ob der Industriestandard IEC 61000-4-2 ist. Wenn ich den 8-kV-Standard nehme, ist der Strom auf (8 kV/100000) = 80 mA begrenzt (sieht so aus, als wäre er dafür immer noch zu hoch), aber ist dies die richtige Denkweise?
Außerdem habe ich das STM32-Datenblatt überprüft und es sieht so aus, als hätte es auch an allen Pins einen ESD-Schutz. Ich habe auch das STM32-Datenblatt überprüft und es heißt: "Elektrostatische Entladung (ESD) (positiv und negativ) wird an alle Gerätestifte angelegt, bis eine Funktionsstörung auftritt. Dieser Test entspricht der Norm IEC 61000-4-2.". Bedeutet dies, dass es ESD-sicher wäre, wenn ich den OpAmp-Puffer und den RC-Filter entfernen und nur den 100-K-Widerstand zwischen dem freiliegenden Benutzereingang und dem ADC-Signalstift in Kraft setzen würde?
Ja, ALLE ICs haben einen ESD-Schutz, sie brauchen ihn. Ohne sie würden die inneren Schaltkreise zu leicht beschädigt werden. Ja, Ihre 80-mA-Berechnung ist korrekt. Aber ein solcher 8-kV-ESD-Impuls ist sehr kurz . Trifft ein ESD-Impuls direkt auf den Pin eines Chips, können bis zu 4 A fließen. Ja, das sind 4 A. Aber der On-Chip-ESD-Schutz ist dafür ausgelegt. Ein 80-mA-Impuls ist also wirklich nichts.
Bedeutet dies, dass es ESD-sicher wäre, wenn ich den OpAmp-Puffer und den RC-Filter entfernen und nur den 100- k-Widerstand in Kraft setzen würde? einfach noch mehr schützen. Ob Sie damit 8 kV erreichen würden, bin ich mir nicht sicher. Es könnte sein, dass ein kleiner 100-k-Widerstand "überschlägt", ich meine, dass er einen 8-kV-Impuls nicht verarbeiten kann. Eine Lösung wäre, 2 oder mehr Widerstände wie 4 * 20 kOhm in Reihe zu schalten und nicht den kleinsten Typ zu verwenden. Sie müssten die ESD-Werte der Widerstände nachschlagen.
In Bezug auf Operationsverstärker und Filter: Es wird möglicherweise noch benötigt, nicht für ESD, aber wenn der ADC etwas Eingangsstrom benötigt (wenn er keine sehr hohe Eingangsimpedanz hat), muss das Signal möglicherweise gepuffert werden. Auch eine Filterung kann helfen. Wenn der ADC des STM32 eine hohe Eingangsimpedanz hat, können Sie auch einen RC-Filter mit dem 100-kΩ-Widerstand und einem kleinen Kondensator gegen Masse am ADC-Eingangspin herstellen.
Vielen Dank für Ihre Hilfe, ich habe definitiv viel gelernt!. Ich denke, ich werde den Puffer behalten und dann filtern, nur um sicherzugehen. Nur das letzte, was Sie sagten, ein ESD-Schlag kann dazu führen, dass bis zu 4 A fließen - dies ist vermutlich bei einer viel höheren Spannung als 8 kV, oder?
ESD-Schlag kann dazu führen, dass bis zu 4 A fließen ... viel höhere Spannung als 8 kV ... Nein, nicht immer. Dies hängt vom verwendeten ESD-Modell / der verwendeten Spezifikation ab, siehe e2e.ti.com/support/interface/f/138/t/359524 Beachten Sie, dass das IEC 61000-4-2-Modell einen 150-Ohm-Widerstand verwendet. Wenn der Kondensator auf 2 kV geladen und über die 150 Ohm entladen wird, können wir bereits einen Spitzenstrom über 4 A erhalten. Da dieser Stromimpuls jedoch sehr kurz ist (die 150-pF-Kapazität entlädt sich schnell), ist die Energie im Impuls ist nicht so groß. Die ESD-Dioden in einem Chip müssen diesen Strom leiten können.
Ich verstehe, okay. Also begrenzt mein 100k-Widerstand den Strom im Fall des IEC 6100-4-2-Modells auf 20 mA, was hoffentlich vernünftige Maßnahmen gegen ESD bieten sollte. Ich werde spannungsfeste 100k-Widerstände verwenden. Danke für all deine Hilfe!
Ich werde spannungsfeste 100k-Widerstände verwenden. Das ist eine ausgezeichnete Idee. Danke für all deine Hilfe! Freut mich :-)
Ist der ESD- und Überspannungsschutz für meine ADC-Schaltung ausreichend?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v