¿Cómo es este circuito para interconectar la señal de 20V con el microcontrolador 3v3?

He diseñado el siguiente circuito para conectar una señal de 12-20V a un microcontrolador que funciona con 3.3 voltios. La señal es de 20V o circuito abierto.

Quiero que el circuito sea lo más resistente posible. Debería ser capaz de manejar EMI y ESD.

circuito

R1 es limitar la corriente y polarizar el transistor.
C1 es implementar un filtro de paso bajo.
R2 se usa para bajar la base del transistor y descargar el condensador C1, la entrada de 20 V es de 20 V o de circuito abierto.
D1 se usa para proteger el transistor del voltaje negativo en la base.
R3 es levantar el pin del microcontrolador.

Cualquier comentario y mejora sobre este circuito son bienvenidos.

Pregunta secundaria: ¿ Cuál es el voltaje positivo máximo que este transistor puede tolerar? La hoja de datos indica que la corriente base máxima es de 100 mA. Si la base se mantiene a 0.7 voltios, la entrada puede ser de hasta 1000 voltios (10k ohm * 100mA). Pero si la entrada es de 1000 voltios, el divisor de potencial convierte el voltaje en la base a 500 voltios. Y el Vcb máximo según la hoja de datos es de 60 voltios.

— Hassan Nadeem
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La base del diodo emisor cargará el divisor resistivo, limitando su voltaje de salida a aproximadamente 0.7V. Entonces, en el caso de alto voltaje de entrada, puede descuidar a R2 para calcular el voltaje de entrada. La corriente a través de R2 será de aprox. 0.7 / 10k = 70uA, por lo que el voltaje de entrada en la práctica solo dependerá de 100mA × 10k. Pero tenga cuidado con la disipación de potencia total.

— jippie

El diodo tiene polarización inversa, está destinado a conducir en caso de voltaje negativo. Necesito R2 para descargar el condensador de todos modos.

— Hassan Nadeem

Estoy escribiendo sobre la base interna del diodo emisor. ¿Conoces cómo funciona un BJT?

— jippie

@jippie mi mal, pensé que estabas hablando de D1.

— Hassan Nadeem

También estoy muy interesado en la interfaz de la señal de la batería del automóvil / alternador, ¿ha considerado usar optoacopladores? Básicamente son lo mismo que tienes aquí, una interfaz de estilo BJT. Tengo la intención de usar un divisor de voltaje simple con sujeción de sobrevoltaje del diodo zener (¡después del divisor!) Y valores de resistencia lo suficientemente altos como para que el diodo zener sobreviva a condiciones prolongadas de "ENCENDIDO" si sucede. También tendré un condensador de filtro ESR bajo en cada entrada para lidiar con los picos de voltaje ...

— KyranF

Respuestas:

Me parece bien. El diodo inverso D1 es una buena idea. Si tiene un mínimo de 12V disponible, es posible que desee reducir un poco R2. Este circuito tiene un umbral de quizás 2V, fácilmente podría reducir a la mitad R2 o duplicar R1.

En el caso de sobretensión extrema momentánea, la tensión del emisor base (polarizada hacia adelante) no se elevará por encima de un voltio, incluso con 100 mA. Parece otro diodo en paralelo inverso a D1. Una de las ventajas de un BJT en esta aplicación. La limitación es más probable que sea la tensión nominal de R1.

Si desea considerar una sobretensión sostenida , es posible que tenga que considerar la potencia nominal de R1. Si algún idiota lo conecta a la red eléctrica (generalmente podemos suponer que aproximadamente 240 VCA es la mayor cantidad de voltaje que los idiotas también tendrán acceso, los idiotas con acceso a voltajes más altos son una especie de problema de auto eliminación), entonces R1 se disiparía casi 6 W, por lo que tendría que ser una parte físicamente grande. Puede resolver ese problema aumentando el valor de R1 para poder utilizar una parte más pequeña.

— Spehro Pefhany
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La única fuente de sobretensión es EMI. Así que creo que las resistencias estándar funcionarían bien. No seguí el primer párrafo de tu comentario. Tengo un mínimo de 12V disponible (proviene de la batería de un automóvil) pero no entiendo qué haría la reducción de R2. ¿Cuidado para elaborar?

— Hassan Nadeem

Cambia a aproximadamente 2V, que es un poco bajo (6V debería ser lo suficientemente bajo para la batería de un automóvil), por lo que tal vez desee cambiar el umbral a 4V más o menos. Agrega un poco de inmunidad al ruido. A menudo verás una serie Zener en circuitos industriales por este motivo, pero creo que cambiar una resistencia 2: 1 está bien en este caso.

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany LOL sobre los idiotas auto eliminados. El único comentario adicional es el tiempo de respuesta. Con los valores de resistencia y tapa relativamente grandes, el OP puede estar seguro de que el circuito reacciona lo suficientemente rápido para la aplicación. Él menciona específicamente el filtrado de paso bajo, por lo que probablemente ya lo haya considerado, pero no puede hacer daño verificarlo dos veces.

— John D

Diseñé un circuito muy similar una vez cuando necesitaba algunas entradas "resistentes". Sin embargo, usé R1 = R2 = 100k (en lugar de 10k). Realmente no se necesita mucha corriente de entrada para saturar Q1 con R3 = 10K. Reduzca C1 por el mismo factor si desea mantener la misma frecuencia de esquina.

Si desea cierta histéresis para mejorar las características de conmutación, puede considerar colocar una resistencia de 100Ω entre el emisor de Q1 y tierra, y luego atar el extremo inferior de R2 a esa unión.

— Dave Tweed
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+1 para el método de agregar histéresis. Es sorprendente lo que puede hacer el más mínimo susurro de retroalimentación positiva para calmar las entradas lentas y / o ruidosas.

— Russell McMahon

El circuito se ve bien para un uso no demasiado exigente.
En extremos extremos puede tartamudear.

La respuesta de frecuencia a la señal de entrada y los tiempos aceptables de subida y bajada no se especificaron y, si es necesario, se deben conocer

Vbe de Q1 sujetará la base a ~ = 1V máx.
Ibe puede limitarse utilizando, por ejemplo, dos diodos desde la unión R1-R2 a tierra y una pequeña resistencia (por ejemplo, 100 ohmios) desde este punto a la base Q1 para que los diodos sujeten los transitorios Vin masivos a aproximadamente 1.5-2 V y la base de las abrazaderas del transistor decir 0.7V.
Ejemplo: si un transitorio impulsa la entrada a 1000V, I_R1 = 100 mA.
Si dos diodos sujetan el extremo inferior de R1 superior dicen 2V, la corriente base es entonces
(2V-Vbe) / 100R = 13 mA.
Los valores se pueden ajustar para adaptarse.

Las resistencias tienen clasificaciones de voltaje que son independientes de la disipación.
A voltajes muy altos, la clasificación de voltaje de R1 se vuelve importante.
La disipación en R1 es ~ = V ^ 2 / R, entonces 1 vatio a 100V con R1 = 10K.
A 1000 V, la disipación de R1 es V ^ 2 / R = 1,000,000 / 10,000 = 100 vatios.
No querrás tener ese regalo por mucho tiempo o tener que proporcionar una resistencia que pueda manejar ese estado estable.
Esto NO es necesario para ESD. Si alguna vez tuvo una situación en la que un voltaje muy alto podría estar presente ocasionalmente durante más de milisegundos, podría usar una entrada conmutada que se apagara en condiciones de voltaje muy alto.

SI los tiempos de respuesta no necesitan ser altos, R1 puede aumentar su valor para adaptarse a condiciones de mayor voltaje.

— Russell McMahon
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