Защита пинов от высокого напряжения. Опции

[Oleg_IT]

В системе есть вероятность попадания на выводы МС повышенного напряжения, возможно и с инверсией. Есть какие-нибудь идеи защиты. Единственное, что приходит на ум, это оптопара.

[defunct]

Единственное, что приходит на ум, это оптопара.

Правильное решение

[=AK=]

Два последовательно соединенных резистора, к средней точке которых подключены два диода: один на питание, второй на землю.

[Igor26]

В системе есть вероятность попадания на выводы МС повышенного напряжения, возможно и с инверсией. Есть какие-нибудь идеи защиты. Единственное, что приходит на ум, это оптопара.

supressor

[=AK=]

supressor

Угу. Еще искровый разрядник и грозоотвод с рубильником

[arttab]

зависит от назначения вывода и что к нему подключенно. и от напряжения высокого напряжения.

[Andy Mozzhevilov]

В системе есть вероятность попадания на выводы МС повышенного напряжения, возможно и с инверсией. Есть какие-нибудь идеи защиты. Единственное, что приходит на ум, это оптопара.

Огласите характеристики "повышенного напряжения":
время нарастания, апмлитуда, длительность, энергия, выходное сопротивление генератора помехи.
В зависимости от ... методы защиты будут разными.

Единственное, что приходит на ум, это оптопара.

Правильное решение

Задача не сформулирована настолько, чтобы утверждать, что это решение правильное. Может оказаться, что совсем и не правильное.

[BVU]

В любом случае оптопара сохранит работоспособность (защитит)устройства, если она даже выйдет из строя. Диодные ограничители в этом случае не всегда справляються с этой задачей, т.к. отсутствует полная гальваническая развязка. Отсюда и вывод, что использование оптронов - предпочтительнее!

[Andy Mozzhevilov]

В любом случае оптопара сохранит работоспособность (защитит)устройства, если она даже выйдет из строя. Диодные ограничители в этом случае не всегда справляються с этой задачей, т.к. отсутствует полная гальваническая развязка. Отсюда и вывод, что использование оптронов - предпочтительнее!

Какая разница, выйдет из строя оптрон или то, что за ним.
Результат один - устройство вышло из строя. Если подходить с формальной позиции, то при испытаниях на ЭМС не интересует, что там выбило, резистор или все мозги снесло - результат будет одинаков - "не удовлетворяет".
Потом, оптрон может просто перекрыть поверху, и все пролетит на контроллер в полной мере.

[muravei]

Если пин вход АЦП , то легко поставить 100к(R вх много больше) , а диоды есть "внутре".
Супрессор же имеет приличную емкость.

[BVU]

...
Какая разница, выйдет из строя оптрон или то, что за ним.
Результат один - устройство вышло из строя
...

Огромная разница. И заключается она в том, что легче заменить сгоревших оптрон, который и исполнил свою героическую функцию защиты, а не 'ковыряться' по остальной цепи выискивая следующие неисправности.
Устройства вывают дорогостоющие, и 'одноразовые'. К ним естественно и подход разный. О разных подходах в защите упомянул ранее Andy Mozzhevilov.

[Andy Mozzhevilov]

...
Какая разница, выйдет из строя оптрон или то, что за ним.
Результат один - устройство вышло из строя
...

Огромная разница. И заключается она в том, что легче заменить сгоревших оптрон, который и исполнил свою героическую функцию защиты,

Я не считаю оптрон защитным элементом, который имеет право "лечь на ДОТ", преградив путь распространению помехи. Тем более, если происходит выход из строя оптрона, то нет гарантии, что помеха не пройдет беспрепятсвенно на его выход, сокрушив все, что за ним.

а не 'ковыряться' по остальной цепи выискивая следующие неисправности.

Если встать на формальную позицию, разницы нет никакой.
Устройство после воздействия помехи не выполняет свою функцию. Этот критерий должен использоваться для оценки эффективности защиты. Насколько дорог ремонт, это вопрос вне рамкок данной дискуссий (имхо), хотя несомненно важный.

Устройства вывают дорогостоющие, и 'одноразовые'. К ним естественно и подход разный. О разных подходах в защите упомянул ранее Andy Mozzhevilov.

Подход к защите должен быть один. Если помехи указанного типа и энергии являются вероятными в месте эксплуатации, то после воздействия таких помех устройство должно продолжить работу.
Поэтому первый вопрос, который нужно задать - это определить тип и уровень помех, от которых хочется защититься.

Приведу простой пример, чтобы не быть голословным. Допустим имеем входную дискретную цепь, развязанную оптроном, напряжение изоляции 2,5 кВ, выход оптрона напрямую связан со входом uC. Подаем на дискретный вход 3 вида помех:
1. Микросекундный импульс 1/50 мкс , 2кВ
2. Наносекундные импульсы 5/50 нс, 1кВ
3. ЭСР 6 кВ.

Реакция системы:
1. Оптрон эффективно защищает вход, поскольку нет пути для протекания тока, и напряжение изоляции оптрона больше, чем амплитуда помехи.
2. Импульсы пролетают через паразитную емкость оптрона, оптрон и не помогает, и не мешает. Без дополнительных барьеров между оптроном и входом uC последний будет колбасить.
3. Импульс ЭСР перекрывает оптрон и летит счастливо дальше, убивая всю защищаемую схему.

Поэтому без конкретизации типа помех, от которых хочется защититься говорить о методах защиты бессмысленно.

[beer_warrior]

1. Микросекундный импульс 1/50 мкс , 2кВ
2. Наносекундные импульсы 5/50 нс, 1кВ
3. ЭСР 6 кВ.

Энди вопрос все-таки был поставлен так:

В системе есть вероятность попадания на выводы МС повышенного напряжения, возможно и с инверсией.

Т.е. возможно переполюсовка, КЗ на питание или пробитый ключ, а не зона ядерного взрыва.

[Andy Mozzhevilov]

1. Микросекундный импульс 1/50 мкс , 2кВ
2. Наносекундные импульсы 5/50 нс, 1кВ
3. ЭСР 6 кВ.

Энди вопрос все-таки был поставлен так:

В системе есть вероятность попадания на выводы МС повышенного напряжения, возможно и с инверсией.

Т.е. возможно переполюсовка, КЗ на питание или пробитый ключ, а не зона ядерного взрыва.

Я не знаю, что там возможно, автор вопроса так и не удосужился до сих пор прояснить ситуацию.
Про зону ядерного взрыва - это оригинально.
Читаем ГОСТ Р 51318.24 (Устойчивость оборудования телекоммуникационных технологий к электромагнитным помехам).
Устойчивость:
для портов ввода-вывода: МИП до - 4кВ, к НИП - 0,5кВ.
Для корпуса - ЭСР 4кВ контактный, 8кВ - воздушный.
Для портов электропитания: МИП 1кВ провод-провод, 2кВ провод-земля, НИП - 1кВ.

И это всего-то телекоммуникационное (т.е. практически бытовое) оборудование.

То есть вы считаете, что у нас сейчас идет ядерная война?

[Oleg_IT]

Спасибо всем за информацию.
Уточняю условия работы схемы.
Уровни помех гораздо скромнее, чем кВ-ы, порядка 50В, но и этого достаточно чтобы похоронить порт AVR-ки. Фронт порядка 1мкс. Одни порты на вход, другие на выход. Функциональность портов не меняется. Если есть решения для реверсивных использований портов, то это тоже интересно. Может кто даст ссылку на схемку.

[beer_warrior]

автор вопроса так и не удосужился до сих пор прояснить ситуацию.

Ладно, замнем.
Просто хотел бы уточнить, что для выполнения названного
ГОСТа, одного схемотехнического решения недостаточно - вы сами знаете, что важна и плата и конструктив и источник питания.
И последнее - телекоммуникационное оборудование далеко не бытовое
- и надежность должна быть на порядок выше и ЭМ помехи высокие по определению.

[Andy Mozzhevilov]

Спасибо всем за информацию.
Уточняю условия работы схемы.
Уровни помех гораздо скромнее, чем кВ-ы, порядка 50В, но и этого достаточно чтобы похоронить порт AVR-ки. Фронт порядка 1мкс. Одни порты на вход, другие на выход. Функциональность портов не меняется. Если есть решения для реверсивных использований портов, то это тоже интересно. Может кто даст ссылку на схемку.

По поводу входа, можно сделать так, как написал АК.
Можно поставить параллельно входу варистор на напряжение Vcc + 10-15%, а между варистором и входом последовательно резистор из расчета максимально допустимого тока через встроенные диоды порта.
Вместо варистора использовать однонаправленный TVS, это даже будет несколько лучше.
По поводу защиты выходных линий, так нужно разобраться, как на выходных линиях может что-то появляться, то есть куда они подключены, какое допустимо выходное сопротивление этих линий. Если выходное сопротивление можно сделать относительно большим, то можно их защищать так-же, как и входные.

[=AK=]

Подход к защите должен быть один. Если помехи указанного типа и энергии являются вероятными в месте эксплуатации, то после воздействия таких помех устройство должно продолжить работу.
Поэтому первый вопрос, который нужно задать - это определить тип и уровень помех, от которых хочется защититься.

Совершенно верно, хорошо сказано

Описанная задача (помеха 50В с медленными фронтами) без проблем решается хотя бы так:
-- на входе - просто резистор величиной не менее 100к (т.к. собственные защитные диоды AVR слабоваты по сравнени. с другими мк, и входной ток придется ограничить на уровне всего лишь 0.5 мА)
-- на выходе - транзисторный буфер, например, на BC846, который безболезненно выдерживает такие напряжения; желательно - с ограничением макс. тока.

Имхо, бездумно оптроны ставят куда ни попадя только "продвинутые" радиолюбители. Инженеру такое не пристало делать.

[muravei]

(т.к. собственные защитные диоды AVR слабоваты по сравнени. с другими мк, и входной ток придется ограничить на уровне всего лишь 0.5 мА)

Откуда у Вас эта информация?
В даташите "DC Current per I/O Pin ............................................... 40.0 mA"
и не написано что это выходной ток.

[=AK=]

Откуда у Вас эта информация?

На Сахаре было обсуждение, и Шура привел результаты своей переписки с тек суппортом Атмела.

В даташите "DC Current per I/O Pin ............................................... 40.0 mA"
и не написано что это выходной ток.

Но и тем более не написано, что это ток через защитные диоды. Спросите сами у Атмела про макс. ток через защитные диоды.

[Andy Mozzhevilov]

Просто хотел бы уточнить, что для выполнения названного
ГОСТа, одного схемотехнического решения недостаточно - вы сами знаете, что важна и плата и конструктив и источник питания.
И последнее - телекоммуникационное оборудование далеко не бытовое

Я извиняюсь за описку, следует читать не "телекоммуникационных" а "информационных".

[Igor26]

supressor

Угу. Еще искровый разрядник и грозоотвод с рубильником

Типоразмер оного (supressor)1206. А по поводу грозозащиты, так и делаю, газовый разрядник на 90V, варисторы и т.д.

[vladec]

Для защиты входов, при указанных параметрах, лучше всего из перечисленного, мне кажется использовать диодную защиту (два диода на питание и землю и резистор к пину), диоды можно взять Шотке, что нибуть типа SR24 (50 А тока в импульсе, корпус SMA, 5х3 мм), резистор достаточен и в 1к.

[muravei]

Типоразмер оного (supressor)1206.

А какова емкость?

[=AK=]

Типоразмер оного (supressor)1206.

supressor - это расплывчатый общий термин. И варистор так можно назвать, и зенер, и газоразрядник, и т.д. Например, для одной только частной задачи подавления выбросов в high-speed USB встречаются такие:
-- диодная сборка со встроенным зенером
-- варисторы
-- SuregeX и иже с ним

А по поводу грозозащиты, так и делаю, газовый разрядник на 90V, варисторы и т.д.

От задачи зависит. В общем случае это никому не нужно.