Прошу еще одной критики схемы, Защита входа (аналоговый и цифровой) Опции

[haker_fox]

Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Для исключения неспокойствия души и разума своего, прошу справедливо поругать схему защиты от перенапряжения цифрового и аналогового входов.

Напряжение, от которого хочется защитить входы микроконтроллера - 311 (амплитудное 220 В).

Я видел неоднократное обсуждение подобных схем, на форуме. Но есть пара вопросов: можно ли использовать все элементы SMD, или некоторые необходимо ставить "помощнее"? Правильно ли выбраны номиналы компонентов?

Micro-CAP при входном синусоидальном напряжениее 400 В, показывает токи через компоненты в среднем 30 - 40 мА. Я что-то делаю не так? Или действительно там не будет больших токов? Т.е. можно ставить элементы для поверхностного монтажа?

Да, и правильно ли я понимаю, что т.к. мощность на резисторе R1 превысит его максимальную, то он благополучно испортится (сгорит), а остальная часть схемы ничего не заметит?

Заранее спасибо!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[one_eight_seven]

Да, и правильно ли я понимаю, что т.к. мощность на резисторе R1 превысит его максимальную, то он благополучно испортится (сгорит), а остальная часть схемы ничего не заметит?

Вы когда-нибудь видели, что случается с платой, на которой "благополучно" сгорает SMD-резистор? Гораздо лучше поставить ограничитель напряжения, выдерживающий ток побольше, а в качестве разрушающегося элемента использовать плавкий предохранитель печатного монтажа либо обычный - предусмотрев для него гнездо.

[kovigor]

Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Для исключения неспокойствия души и разума своего, прошу справедливо поругать схему защиты от перенапряжения цифрового и аналогового входов.

Вместо BAV99 нужны диоды Шоттки. И еще, интересно, зачем потребовался конденсатор ?

[haker_fox]

Вы когда-нибудь видели, что случается с платой, на которой "благополучно" сгорает SMD-резистор?

Серьезно нет. Можно фотографию, если есть конечно...

Гораздо лучше поставить ограничитель напряжения, выдерживающий ток побольше, а в качестве разрушающегося элемента использовать плавкий предохранитель печатного монтажа либо обычный - предусмотрев для него гнездо.

Например стабилитрон? В качестве ограничителя.

Вместо BAV99 нужны диоды Шоттки. И еще, интересно, зачем потребовался конденсатор ?

Гм... в одной из тем про защиту входа от перенапряжения видел именно BAV99. Вместо нее можно поставить BAT54SW. Та же распиновка, но Шоттки.
Конденсатор нужен, чтобы совместно с входным резистором образовать RC-фильтр - для фильтровки мусора (помех).

[Aner]

И какое напряжение у диодов Шоттки? И как они любят превышение? И что, они предназначены для защиты?
Опирайтесь на стандарт по защите входов и используйте соответствующие диоды или диодные сборки, их много разных.

[Harbinger]

Серьезно нет. Можно фотографию, если есть конечно...

Поверьте на слово бывшему ремонтнику...
Плата обугливается, появляется проводимость, далее - цепная реакция.

[Herz]

Поверьте на слово бывшему ремонтнику...
Плата обугливается, появляется проводимость, далее - цепная реакция.

+1. Если плату предполагается ремонтировать, то лучше этого не допускать.

И какое напряжение у диодов Шоттки? И как они любят превышение? И что, они предназначены для защиты?

А разве здесь нужно высокое напряжение? И для защиты, вроде, вполне годятся... Если ток утечки устраивает.

Я видел неоднократное обсуждение подобных схем, на форуме. Но есть пара вопросов: можно ли использовать все элементы SMD, или некоторые необходимо ставить "помощнее"? Правильно ли выбраны номиналы компонентов?

Micro-CAP при входном синусоидальном напряжениее 400 В, показывает токи через компоненты в среднем 30 - 40 мА. Я что-то делаю не так? Или действительно там не будет больших токов? Т.е. можно ставить элементы для поверхностного монтажа?

Да, и правильно ли я понимаю, что т.к. мощность на резисторе R1 превысит его максимальную, то он благополучно испортится (сгорит), а остальная часть схемы ничего не заметит?

Рассчитать токи можно и без Micro-CAP, достаточно знать закон Ома. Но вместо SMD-резистора (R7, наверное, имеется всё же в виду?) стоило бы поставить выводной. И не по причине недостаточной мощности, а по соображениям максимально допустимого напряжения и минимального вреда плате при сгорании. Поэтому, если действительно необходимо застраховаться от высоких перенапряжений, продумайте это и с точки зрения электробезопасности. Возможно, предохранитель - лучшее решение. Особенно, если большого номинала последовательный резистор будет влиять на правильную работу аналоговой или цифровой схемы, которую Вы собираетесь защищать.

[haker_fox]

Рассчитать токи можно и без Micro-CAP, достаточно знать закон Ома. Но вместо SMD-резистора (R7, наверное, имеется всё же в виду?) стоило бы поставить выводной. И не по причине недостаточной мощности, а по соображениям максимально допустимого напряжения и минимального вреда плате при сгорании. Поэтому, если действительно необходимо застраховаться от высоких перенапряжений, продумайте это и с точки зрения электробезопасности. Возможно, предохранитель - лучшее решение. Особенно, если большого номинала последовательный резистор будет влиять на правильную работу аналоговой или цифровой схемы, которую Вы собираетесь защищать.

Да, да, закон Ома я знаю) MC использовал для комплексной проверки так сказать.
Ок. Поставлю выводной резистор. Но предполагаю, что небольшой мощности (0,125 Вт), чтобы он сгорел.
Предохранитель. Но там будут небольшие токи 400 / 12400 = 0,032 А. Разве, что самовосстанавливающийся.

[xemul]

Ок. Поставлю выводной резистор. Но предполагаю, что небольшой мощности (0,125 Вт), чтобы он сгорел.
Предохранитель. Но там будут небольшие токи 400 / 12400 = 0,032 А. Разве, что самовосстанавливающийся.

Ну тогда осталось помянуть Джоуля с Ленцом: 400 * 0,032 = 12,8 Вт. 0,125 Вт резистор точно сгорит.

[rx3apf]

Поверьте на слово бывшему ремонтнику...
Плата обугливается, появляется проводимость, далее - цепная реакция.

От мелкого SMD-резистора ? Сомнительно, разве что дуга пойдет. Диод, танталовый электролит, транзистор или микросхема - да, горит и обугливается. Но у резистора же тонкий слой по керамике, без дуги просто выгорит и будет пятнышко на поверхности.

Да, да, закон Ома я знаю) MC использовал для комплексной проверки так сказать.
Ок. Поставлю выводной резистор. Но предполагаю, что небольшой мощности (0,125 Вт), чтобы он сгорел.
Предохранитель. Но там будут небольшие токи 400 / 12400 = 0,032 А. Разве, что самовосстанавливающийся.

Полезный сигнал-то какого характера ? Может быть, просто увеличить номинал резистора на порядок. И можно даже SMD, но не одиночный, а цепочку (штуки четыре 1206), чтобы с трухольными компонентами не возиться. Но если это нефильтрованная сеть, то там и киловольтную иголочку можно словить...

[haker_fox]

Ну тогда осталось помянуть Джоуля с Ленцом: 400 * 0,032 = 12,8 Вт. 0,125 Вт резистор точно сгорит.

Так я этого и добиваюсь Пусть лучше резистор сгорит, чтобы разорвать цепь.

Полезный сигнал-то какого характера ?

Сигнал с датчиков охранной сигнализации 0 - 5 В. Меняется, сами понимаете, медленно. Фактически не меняется.
Ну возможно еще будет аналоговый датчик влажности.

Может быть, просто увеличить номинал резистора на порядок.

Но это ограничит ток, а нужно ограничить еще и напряжение, насколько я понимаю.

[rx3apf]

Так я этого и добиваюсь Пусть лучше резистор сгорит, чтобы разорвать цепь.


Сигнал с датчиков охранной сигнализации 0 - 5 В. Меняется, сами понимаете, медленно. Фактически не меняется.
Ну возможно еще будет аналоговый датчик влажности.

Тогда штуки четыре 1206 по 47...100К. И конденсатор пусть останется.

Но это ограничит ток, а нужно ограничить еще и напряжение, насколько я понимаю.

Встроенные защитные диоды спасут, внешние не требуются. Ну, за все микроконтроллеры не скажу, у Microchip в аппликухах было такое решение, только токоограничительный резистор, без делителя, без внешних диодов (к защелкиванию современная логика не склонна). Можно, конечно, поставить защитную сборку или диоды Шоттки, но в данном случае избыточно.

[xemul]

Сигнал с датчиков охранной сигнализации 0 - 5 В. Меняется, сами понимаете, медленно. Фактически не меняется.
Ну возможно еще будет аналоговый датчик влажности.

Если входы аналоговые, то стабилитрон на 8..15 В (толкайтесь от имеющегося напряжения), диоды кремниевые (не Шоттки, и смотреть на их обратный ток).
С диодов на вход контроллера поставить резистор = (Vzener - Vcc)/Iclamp/2. Если номинал резистора не вписывается в требования АЦП, думать...
При выборе номинала входного резистора(-ов) учтите, что ток в стабилитрон потечёт только при Vвх >~ (Rвх * Iclamp/2), при меньших значениях ток будет сливаться через защитные диоды контроллера.

[haker_fox]

Гм, общее мнение разделилось: ставить внешние диоды, и не ставить... Т.к. опыта личного не достаточно, а сейчас у меня уже ночь, подожду до утра. Может быть что-то в голове прояснится, либо будет больше ответов с перевесом в какую-то одну сторону)))

В любом случае искренне благодарю все ответивших на мои вопросы!!!

[Iptash]

Ну раз нужна хорошая защита, то тогда поставить HCPL-7800 или аналогичные. Но конечно будет дороже ( смотря какое устройство защищать(в плане цены)).

[haker_fox]

Ну раз нужна хорошая защита, то тогда поставить HCPL-7800 или аналогичные. Но конечно будет дороже ( смотря какое устройство защищать(в плане цены)).

Боюсь, что бюджет такое не потянет... В платане такая штука 400 р стоит. А у меня 8 аналоговых входов...

Гм. Поставим вопрос по другому: выражаясь простым деревенским языком, что примерно может выдержать вход МК, защищенный только резистором (ну 100 - 200 кОм)? Что изменится, если добавить только диоды на + и "землю" питания?
Может быть будет достаточно защиты, состоящей из параметрического стабилизатора на входе (резистор + стабилитрон), далее растяжка из двух диодов на питание и землю, + еще один резистор перед входом МК?

Я, подумал, и понял, что не надо защищаться от 400 В. Наверно они туда никогда не попадут, учитывая условия эксплуатации. Хочется защититься от помех: работа электроприборов, грозовые разряды и т.п. Максимальная длина линии до датчика - 5 м. Проводка проложена в здании. В пластиковых коробах.

Наверно, действительно достаточно просто RC-фильтра. Мои проблемы, мне кажется, от того, что нет достаточного опыта проектирования подобных узлов. Хотя я видел коммерческие схемы аналоговых входов сигнализаций, там ничего особого нет: фильтр, ну пара диодов и все... Видел не много схем - штуки две. Но для приборов, за которые получают деньги, две схемы в открытом доступе уже много...

В общем это мои спутанные мысли...

[haker_fox]

Пришел к такой схеме. Рассуждал так. Параметрический делитель. Максимальный ток через стабилитрон (при входном 400 В) составит 400 / ( 4 * 47 K ) = 2 мА. Мощность на стабилитроне: 0,002 * 4,7 = 10 мВт. Корпус SOT-23 держит 250 мВт (из документации на стабилитрон). Значит стабилитрон выживает.
Что потечет через резисторы? ( 400 - 4,7 ) / ( 4 * 47 K ) = 2 мА. Хотя это и так понятно, т.к. резисторы и стабилитрон включены последовательно.

Значит они сгорят либо от превышения мощности на корпусе, либо от перенапряжения... Я правильно размышляю?
Эту схему препдолагаю поставить как на цифровые входы, так и на аналоговые. Требования к измерению аналогового сигнала не очень высокие. Как я уже говорил - охранная сигнализация - для себя... Не на продажу.

Кстати, получается за одно такой "дубовый" RC-фильтр, с постоянной времени 188000 * 0,1E-6 = 19 мс.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[halfdoom]

Пришел к такой схеме.

В похожей схеме были 4х33к резистора типоразмера 1206. Выдерживала многократные аварийные линейные 380В (синус), в течении нескольких десятков минут. Попадала одна плата в ремонт после 4-х лет эксплуатации - текстолит под резисторами слегка пожелтел, но все резисторы целые. На плате работавшей без аварийных режимов, все чисто.

[haker_fox]

В похожей схеме были 4х33к резистора типоразмера 1206. Выдерживала многократные аварийные линейные 380В (синус), в течении нескольких десятков минут. Попадала одна плата в ремонт после 4-х лет эксплуатации - текстолит под резисторами слегка пожелтел, но все резисторы целые. На плате работавшей без аварийных режимов, все чисто.

Классно!))) А в чем было отличие, если не секрет? (Вы отметили, что схема была похожая). И критичны ли эти отличия?

[xemul]

Пришел к такой схеме. Рассуждал так.

Вы забыли рассудить о достаточно плавной ВАХ стабилитронов (особенно низковольтных).
Сходу не нашёл картинок Vz(I) для единиц-десятков мкА. Могу предположить, что в Вашей схеме при 5 В на входе до контроллера доберётся 1.5..2 В.

[haker_fox]

Еще раз проанализировав литературу, понял, что наиболее часто используется пара диодов (Шоттки и не Шоттки), перед ними входной резистор 30 - 100 К, ну иногда к пину МК еще один резистор ом 330. Все.
Следует остановиться на такой схеме? Диоды либо те же BAV99, либо LL4148

[kovigor]

Следует остановиться на такой схеме?

Это читали ? Хотя, скорее всего, читали. Но все-таки:

http://eewiki.ru/wiki/%D0%97%D0%B0%D1%89%D...B2_%D0%98%D0%A1

[Alexashka]

Еще раз проанализировав литературу, понял, что наиболее часто используется пара диодов (Шоттки и не Шоттки), перед ними входной резистор 30 - 100 К, ну иногда к пину МК еще один резистор ом 330. Все.
Следует остановиться на такой схеме? Диоды либо те же BAV99, либо LL4148

Посмотрите еще такую вещь как входной ток Вашего АЦП. Ведь даже 5 микроампер на 200к это уже 1В падения.

[rx3apf]

Посмотрите еще такую вещь как входной ток Вашего АЦП. Ведь даже 5 микроампер на 200к это уже 1В падения.

У микроконтроллерных ADC типично единицы nA (до 1 uA при максимальной температуре). После заряда входного конденсатора, естественно.

[Alexashka]

У микроконтроллерных ADC типично единицы nA (до 1 uA при максимальной температуре). После заряда входного конденсатора, естественно.

Тоже так думал, пока не наткнулся на дельта-сигма в парочке контроллеров от техаса.
ЗЫ. А Вы думаете они (микроконтроллерные АЦП) какието особенные?

[Aner]

У микроконтроллерных ADC типично единицы nA (до 1 uA при максимальной температуре). После заряда входного конденсатора, естественно.

Какие еще там единицы nA? Вы хоть себе представляете что это такое?
Дыхнете на проц и десятки микроампер токов утечек обеспечены.
Смотрим в Datasheet_Ы и видим единицы микроампер Input current 1...3uA при нормальных температурах.

[haker_fox]

Это читали ? Хотя, скорее всего, читали. Но все-таки:

Да, конечно) Разнообразие вариантов не позволяет остановится на чем-то приемлимом. Хотя уже кажется, что поставить резистор на вход, и все, не мучаться...

З.Ы. Микроконтроллер AVR. АЦП встроенный.

Промоделировал прикрепленную схему. Удовлетворяет требованиям. Больше ничего в голову уже не приходит.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[halfdoom]

А в чем было отличие, если не секрет?

Входы были цифровые, и защита на диодах, а не на стабилитроне.

[haker_fox]

Входы были цифровые, и защита на диодах, а не на стабилитроне.

ЯСненько. Цифровые входы защищать в моем случае уже не требуется. Они вообще тепень не нужны. Вернее, есть пара, но там поставил pc817.
Думаю, что диодами защитать аналоговый вход тоже можно. Т.к. требования к измерениям не высокие... относительно.

Моделировал вышеприкрепленную схему. Подал на вход 1000 В. Все параметры в норме. В реальности же не знаю. Можно, конечно испытать. Страшновато как-то.

[Aner]

Мы для серийных изделий используем для защиты входов ESDA5V3 ..., ESDA14V1 или аналогичные. Надежнее любых диодов и стабилитронов.

[Alexashka]

Да, конечно) Разнообразие вариантов не позволяет остановится на чем-то приемлимом. Хотя уже кажется, что поставить резистор на вход, и все, не мучаться...

Нормально, но есть одно НО. В случае если ток пойдет достаточный, по плюсу он будет замыкаться на источник 5В, и если это обычный линейник последовательного типа, то напряжение на нем поднимется так как ничем не ограничено (ну разве что током нагрузки). Вот почему диод (иногда) заводят на стабилитрон, а не напрямую на питание. Но тут нужно просто хорошо представлять какие казусы могут случится с цепью и принимать адекватные меры защиты. Скорей всего Вашей схемы (в 99% случаев) будет достаточно

[haker_fox]

Скорей всего Вашей схемы (в 99% случаев) будет достаточно

Прошу прощения, Вы какую именно из всех схем имеете в виду?

[rx3apf]

Какие еще там единицы nA? Вы хоть себе представляете что это такое?
Дыхнете на проц и десятки микроампер токов утечек обеспечены.
Смотрим в Datasheet_Ы и видим единицы микроампер Input current 1...3uA при нормальных температурах.

Смотрим в даташиты и видим:
---
Analog Input Resistance 55 100 MΩ
---
Это ATmega8. Ну, не единицы, а десятки, да.
А вот PIC16LF19xx:
---
Input Leakage Current
I/O ports — ± 5 ± 125 nA
---
Первое значение - типичное, второе - максимальное. Единицы uA - это на экстремальных температурах (и то у современных оно уже часто меньше 1 uA). Иначе микропотребляющие устройства вообще невозможно было бы делать - по 3 uA на ногу не жирно ли ? У меня все вместе 10 uA жрет, с часами и опросом датчиков. Воздержитесь, пожалуйста, от своей дежурной ахинеи хоть здесь, а ? Дышите там перегаром с десятками микроампер куда хотите, только молча...

Сообщение отредактировал rx3apf - Dec 17 2011, 12:57

[Alexashka]

Прошу прощения, Вы какую именно из всех схем имеете в виду?

Последнюю.
Хотя...я бы сделал по первой схеме , заменив 1 резистор 4-мя как в последних вариантах.

[haker_fox]

Последнюю.
Хотя...я бы сделал по первой схеме , заменив 1 резистор 4-мя как в последних вариантах.

Выберу последню )

Еще раз Всем большое спасибо!!!

[Sirko]

Хотя...я бы сделал по первой схеме , заменив 1 резистор 4-мя как в последних вариантах.

На аналоговых входа стабилитрон "исказит" измерения "сверху". Так что, лучше уж диоды. А если хочется подстраховаться от перенапряжения питания, то тогда питание и ограничbть стабилитроном, а лучше TL431.

[Alexashka]

На аналоговых входа стабилитрон "исказит" измерения "сверху". Так что, лучше уж диоды. А если хочется подстраховаться от перенапряжения питания, то тогда питание и ограничbть стабилитроном, а лучше TL431.

Не думаю...на стабилитроне будет 4,7В, так что на диод придется максимум 0,3В, поэтому диод не откроется (если это не Шоттка). Но вариант со стабом по питанию тоже норм гдето видел такую рекомендацию в забугорном журнале