Diodo TVS antes o detrás de la resistencia

La mejor manera de proteger el pin AVR para mí es el filtro RC y el diodo TVS, pero no sé una cosa. He visto esquemas donde el diodo TVS estaba antes del filtro RC como en los primeros esquemas.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Pero antes de la resistencia es una corriente más grande, por lo que el diodo TVS soplará más rápido que en una situación en la que el diodo TVS estaría detrás de RC como en el segundo esquema.

^{simular este circuito}

La pregunta es: ¿Qué forma de proteger la entrada AVR es mejor, primero o segundo?

Tiene tres componentes que están allí para proteger el AVR, pero todos están haciendo un trabajo diferente.

La resistencia está ahí para detener altos voltajes en estado estacionario.

El condensador es para eliminar ondulaciones / RF / transitorios lentos.

El TVS es para suprimir transitorios rápidos.

Para obtener lo mejor de su protección, debe tener el camino más corto (inductancia más baja) para los impulsos transitorios rápidos (como ESD). Para hacer esto, ajusta el TVS (el dispositivo de respuesta más rápida) lo más cerca posible de la entrada a la placa. El condensador estaría un poco más adentro (dependiendo del diseño y el diseño) y la resistencia (que solo se ocupa de situaciones muy lentas o de estado estable) puede estar prácticamente en el pin del AVR

EDITAR: como algunos de los otros respondedores han agregado, puede usar diodos (principalmente diodos Zener) para sujetar el voltaje del riel de señal. La diferencia importante entre los diodos Zener y los diodos TVS es la velocidad de reacción y la disipación de potencia: un Zener sujetará el voltaje en estado estacionario, pero no detectará los picos rápidos de ESD o eventos similares. Un TVS reaccionará rápidamente y atrapará el pico, pero no está diseñado para manejar un evento continuo de sobretensión.

Las resistencias son útiles antes y después del TVS para diferentes propósitos. La tapa se puede colocar en paralelo con el TVS o directamente en el pin del procesador; este último proporcionará algo más de protección, pero también hará que el procesador responda más lentamente a los cambios en la entrada.

Si la entrada al dispositivo estuviera conectada a un condensador cargado (por ejemplo, 100 V) y no hubiera resistencia en ningún lugar, el TVS podría sujetarse rápidamente a 6 V, pero el diodo de protección interna del procesador tendría una gran cantidad de corriente forzada a través de él. con una caída de un voltio. La gran mayoría de la energía del condensador se disiparía en el TVS, pero el procesador aún absorbería una cantidad perjudicial. Además, casi toda la energía debería ser manejada por el TVS.

Agregar una resistencia entre el mundo exterior y el TVS reduciría la corriente, pero dado que la resistencia tendría casi 100 voltios, pasaría una cantidad significativa de corriente y esa corriente terminaría fluyendo a través del diodo de protección del chip. Como arriba, el TVS ayudaría, pero deja una gran cantidad de energía para que el chip lo maneje. En este escenario, la resistencia disiparía la mayor parte de la energía en lugar del TVS, por lo que el TVS se estresaría con menos severidad.

Colocar una resistencia entre el TVS y el chip, pero no entre el TVS y el mundo exterior, protegería el chip siempre que el TVS pudiera sujetar el voltaje de manera efectiva, porque la resistencia en sí misma solo tendría unos pocos voltios. Sin embargo, el TVS se tomaría con la disipación de casi toda la energía del condensador.

Colocar una resistencia en ambos lados del TVS proporcionaría, con mucho, la mejor protección. La mayor parte de la energía se disiparía en la primera resistencia, haciendo que sea mucho más fácil para el TVS absorber el resto, mientras que la segunda resistencia limitaría la corriente máxima alimentada a la CPU.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El circuito anterior se puede simular, con los relés abiertos y cerrados para mostrar diferentes combinaciones de resistencias presentes y ausentes. Utilice el botón "Simulación" y la pestaña "Dominio del tiempo" y "simulación del dominio del tiempo de ejecución". La traza superior muestra la corriente en el diodo de supresión y el "chip" [simulado a la derecha por un diodo y una resistencia a VDD]. La traza inferior muestra la corriente a través de la resistencia de protección derecha; será cero cuando el relé esté cortocircuitando la resistencia, pero muestra la corriente en miliamperios en lugar de amperios. Agregar la primera resistencia reduce en gran medida la cantidad total de corriente absorbida por el diodo de supresión y el chip, pero con solo la primera resistencia, el chip todavía tiene una corriente pico bastante alta. Agregar solo la segunda resistencia protegería el chip bastante bien,

Si alimenta su dispositivo con un suministro de 5V, debe asegurarse de que el voltaje de entrada del pin permanezca en cierto rango (según la hoja de datos), cuando la fuente de voltaje de entrada se toma de la misma fuente de alimentación, entonces no tiene que preocuparse demasiado por eso.

Pero, ¿qué sucede si AVR acepta señales digitales de otras fuentes, como sensores, otros dispositivos que funcionan con sus propias fuentes de alimentación? ¿Podemos estar seguros de que el voltaje siempre estará dentro de los límites seguros? Esto es por lo que necesita usar dos diodos ESD (D1 y D2) en lugar de un TV para proteger la lógica de sobretensiones y subtensiones. Y si espera que el voltaje de entrada esté fuera de los límites, necesitamos agregar la resistencia limitadora de corriente R1 y un condensador C1 para hacer un filtro RC, la parte de resistencia sirve como resistencia limitadora de corriente mientras que el condensador agrega filtrado de fallas y elimina las señales de entrada. .
Espero que esto responda tu pregunta.

Si coloca la resistencia "afuera" (hacia la fuente de la energía transitoria) del TVS, se disipará parte de la energía transitoria cuando el TVS se encienda. Esto le permitirá usar un TVS más pequeño (menor calificación energética).

Míralo de esta manera:

1. Se produce el transitorio y no hay flujo de corriente, pero aparece un alto voltaje en ambos lados de la resistencia.
2. El TVS ve este alto voltaje y conduce a tierra.
3. Eso es efectivamente un cortocircuito, por lo que ahora la corriente comienza a fluir a través de la resistencia y el TVS a tierra.
4. Las pérdidas de IR en la resistencia disipan el transitorio como calor
5. La corriente máxima vista por el TVS está limitada a V (transitoria) / R

El segundo.

Con este diseño, protege el microcontrolador de daños y también protege la señal de entrada de un cortocircuito a tierra a través del TVS cuando está sujetando un transitorio.

Editar:

@Puffafish tiene razón. Obtendrá la mejor protección al colocar el TVS en la entrada de señal. Entonces el primer diseño es mejor.

De todos modos, poner una resistencia antes del TVS tiene el beneficio de proteger la entrada individual (y el TVS mismo).