Всем спасибо!

как ни крути самая надежная схема с удаленным контроллером около кнопок, а хотелось как-то по проще и по дешевле. попробую для начала схемы без МК, и в случае неудачи делать сеть с МК и трансиверами.

Коллеги, есть проблемка. В теме "LCD панелька для мотоцикла" было подробно описано и вами любезно покритиковано устройство.
В нем есть вход АЦП для измерения напряжения со схемой защиты. Схему его привожу здесь.
Проблема в том, что при отсутствии сигнала на выходе схемы защиты (то есть на входе АЦП) присутствует напряжение 0.22-0.23 вольт. Естественно после пересчета контроллером с учетом входного делителя устройство выводит 1.7 вольт.
Вход защиты болтается в воздухе, но ловля шумов исключена, поскольку R49 притягивает вход к земле. Но видимо недостаточна подтяжка.
Поначалу были мысли о позорной топологии земли, однако измерения и осциллографом и тестером показали, что никаких перекосов в ключевых точках (в том числе и в AVDD) нет, везде устойчивый ноль.
Эксперименты показали, что недостаточность эта в резисторе R52, потому как если его замкнуть, напряжение падает трого до нуля.

Казалось бы, уменьшить резистор или выкинуть его и делов-то. Но получается что меньше 100 к никак нельзя - при импульсе в 100 вольт ток будет 1 мА. Для 100 вольт это 0.1Вт, то есть мощность 0805 резистора.


Как найти золотую середину?

Обратный ток D16 даёт шум. Можно сделать так:
1. Разделить R52 на два и между ними подключить средний вывод диодной сборки(СВДС)
2. Перенести СВДС в точку соединения R46, R49, R52.

Защитная функция R52 по отношению к диоду уменьшится вдвое.

Защитная функция R52 по отношению к диоду утратится.

А какова роль этого обратного тока? Он прибавляет напряжение к уже поданному или является фоном, который не дает напряжению упасть ниже 0.2 вольт?
Я просто подумываю о программном решении проблемы, так как измерения столь низких напряжений не предвидится.

А то что через R46 потечет 5мА (0,5Вт) это ничего?


Считайте, что это просто источник тока, причем растущий экспоненциально с температурой.

Как вариант делитель поставить после диодов, тогда паразитное напряжение, которое видит АЦП уменьшится в 30 раз. Защитные свойства системы от этого только выиграют, так как сейчас делитель в зоне риска, и на 20К падает 0.4W то есть он то по любому выгорит при первом же импульсе, если только его мощность не 1W.

Допустим R46 имеет дюйм. размер 2512 и рабочее напряжение - 250 В, максимальное - 400 В. Т.о. максимальный ток через диод будет 400 / 20000 = 20 мА. Это, конечно, просто катастрофа, ни один диод такого не выдержит.


нет у него никакой роли. обратный ток диода - это ток, который течёт через диод при обратном смещении, т.е. если плюс к катоду присоединить.


калибровка спасёт

Учитывая, что номиналы делителя можно увеличить, я опустила эту деталь при оценке роли R52.


Не подскажете как это сделать математически?
ДАтчик температуры в устройстве есть, так что могу учесть и температуру.


По-моему, наилучший вариант! Нужно ли при этом будет менять номинал R55?
Но почему в 30 раз? У меня делитель кратен 7.666666 .

Ну если предположить что в отключенном состоянии входное напряжение закорочено на землю, и паразитное напряжение создается
обратным током диода на резисторе 100К, тогда в новом включении у нас две цепи подключены параллельно.
Резистор 100К и делитель 23К до земли. Ток разделится так, 4/5 пойдет на 23К и 1/5 пойдет на 100К.
А затем уже делитель поделит на 6. Возможно я неправ, ну проверьте в модели или на практике...

Теперь понятно. Резистор R55 нужно ставить до делителя или после?

Секунду..
А если увеличить номиналы делителя ? Если R46 будет 100 кОм, а R49 - 15 кОм, тогда R52 теоретически можно выкинуть, R46 со 100 вольтами справится. Символически поставить R52 на 1 кОм. Тогда в отключенном состоянии вход будет закорочен на землю через 16 кОм против 103 кОм в оригинальном варианте и влияние обратного тока диода уменьшится в соответствующее число раз. Или я не права?
Это как вариант если не резать дорожки на плате.

Ну да, R52 можно оставить номинально, еще лучше параллельно R49 конденсатор 0.1uF добавить для дополнительной фильтрации, тогда вход АЦП будет зафильтрован двойным фильтром. Но если очень хочется, то можно убрать R52 и ничего не добавлять.

Получается, что мной просто была допущена ошибка при создании гибридной схемы - R52 в схеме без делителя предназначен для защиты диода по току, в делителе же эту функцию выполняет резистор верхнего плеча.

Футпринт на плате уже есть, так что поставлю-ка я 1 кОм и попробую.

Производитель указывает предельное значение тока утечки и может еще типовое дать, но никакой гарантии что будет повторяемость нет, да и разброс в партии я думаю большой. Поэтому никто так не делает. Просто этот ток закладывают в погрешность и все. Схема должна быть дубовой и не боятся что с нагревом ток утечки возрастет в 100 раз. Для шоттки типовое значение 0,5мА не предел.

ЗЫ. Тема защиты входов уже столько раз обсуждалась, что наверно модераторам надо ее вынести в отдельный топик, чтоб не обмусоливать периодически. Сделать уже FAQ наконец в разделе начинающих.

Ах да, чуть не забыл. Чем больше сопротивление "защитного R52", тем выше нелинейность вплоть до постоянного значения на выходе "защиты" ))

Вы из пушки по воробьям стреляете. Не нужна там никая сеть с транссиверами - 150-200 м это вообще не расстояние. Все, с чем вы тут имеете дело, это сопротивление проводов. Не нужно никакой огород городить. 1К pull-up, 1К последовательно к входу проца. если очень хочется - поставьте еще параллельно на землю кондер и TVS. Все остальное это уже лишнее.

Ну и будет сбоить пока не выгорит у него вход от ваших вредных советов.

- Конденсaтор 0.1 мкФ параллельно входу - очень плохо. Учите законы коммутации, курс ТОЭ, первый год обучения в институте.
- "Висящий в воздухе" светодиод оптрона - плохо. Его надо зашунтировать конденсатором или резистором.
- Однополупериодный выпрямитель для входа 220В ас - плохо. После оптрона будет сигнал 50 Гц, который потом придется париться, чтобы нормально обработать. Проще поставить мостик и сгладить кондером.
- Ставить супрессор там, где можно обойтись зенером, - моветон.

Вопрос - как в этой схеме осуществляется защита от микросекундных помех? Или ее нет вообще? Достаточно ли для этого установить супрессор типа SMAJ28 на входе?

ПС по поводу FAQа - может разделить дискретные и аналоговые входы по разным темам?

Схема защищена от микросекундных помех входным диодом, резистором 4.3к и вторым зенером. Не суйте супрессоры где ни попадя.

Продолжаем разговор.
Классическая и одобренная в теме "LCD панелька.." схема защищает от всего - и от помех и от правильных импульсов.
Как анализатор нажатия на кнопку, подключенную к минусу, эта схема работает (0.0 В/2.5 В). Но вот при анализе импульсов, формируемых контроллером, наблюдается такая картина

P.S. Что такого в режиме открытого стока, что он не дает резистору R13 подтянуть напряжение выше 1 В?
P.P.S При отсутствии сигнала на входе защиты напряжение, формирующееся на входе контроллера, равно примерно 2.5 вольт. Я не пойму - это борьба обратного тока нижнего диода с обратным током верхнего диода+тока от внешней резистороной подтяжки?

При подаче негативного импульса амплитудой ну хотя бы в 1000В LL4148 пробьется, так как у него пробивное напряжение всего 100В. При этом через переход потечет ток около 0,4А. Насколько для него это плохо, не знаю, но в даташите указано, что это Absolute maxium rating - то есть после этого он вряд ли жив останется.

НЕужели никто не знает ответа на мой вопрос?

Если вам надо защищаться от 1000В, поставьте вместо LL4148 выпрямительный диод на 1000 В. Хотя сама постановка задачи выглядит совершенно надуманной.


Ваш вопрос не по адресу. Задавайте его тексуппорту фирмы-разработчика того программного пакета, который вы используете для анализа. А то вы даже не удосужились сказать, что это за пакет. А телепатов, увы, нет.

Что значит надуманной, если это весьма стандартное требования IEC61000-4-5 для индустриального применения, где собственно и применяется IEC61131? В особенности, уровень жесткости 3 или 1000В по схеме провод-провод, рекомендуется для условий, когда сигнальные кабели прокладываются вместе с силовыми. А сам стандарт IEC61131-2 оговаривает испытания сигнальных линий по схеме провод-земля с уровнем 1000В, и если GND в схеме посадить на землю, что часто делается - получаем опять те же 1000В. Это сильно надуманно?

Ну и до кучи по схеме - а при положительном импульсе-то что делать? Диод откроется и через первый резистор 4,3к потечет ток 0,2А. При этом будет выделяться мгновенная мощность около 230Вт в пике, в виде импульса 8/20мкс, что оговаривается испытательным стандартом. Даже для импульсных толстых резисторов размером 0805 или 1206 это будет смертельно, не говоря уже о простых сериях. А про выбор резисторов в схеме ни слова.

В то же время самый простой TVS на 28В ограничит перенапряжение на уровне 35В и избавит и от высоковольтного диода и от специальных резисторов.

=AK=

Вы похоже ошиблись. Ни о каком программном пакете речи не идет. Есть девайс, есть осциллограф. Есть схема, которая на практике выдает соответствующий результат.

Спасибо, правда ответов не дождался, уже все заказано и проверено.

Учите законы коммутации, курс ТОЭ, первый год обучения в институте.
А все таки, чем плохо? Я хоть и учил, но ничего криминального не вижу. Более того, входная емкость вроде как позволяет "прочищать" контакты концевиков или реле повышенным начальным импульсом тока и ест помехи.

"Висящий в воздухе" светодиод оптрона - плохо.
Эт да, недоглядел

Однополупериодный выпрямитель для входа 220В ас - плохо.
Двухполупериодный. И дырки в сигнале фильтруем программно.

Ставить супрессор там, где можно обойтись зенером, - моветон.
Почему? дорого?

Криминал состоит в том, что при замыкании контакта величина разрядного тока очень велика и никак не контролируется. Это могут быть десятки, сотни и даже тысячи ампер, если конденсатор имеет низкое внутреннее сопротивление.

Цепь конденсатор-контакт образуют замкнутый контур, резонатор Герца небольшого размера, который большую часть накопленной конденсатором энергии излучает в виде мощной электромагнитной помехи. Размеры этого контура определяют основную частоту, на которой идет излучение. Все близлежащие проводники, имеющие близкие размеры, выполняют роль приемных антенн. В них наведется помеха с аплитудами тока и напряжения, сопоставимымии с амплитудами в излучающем контуре. В результате - сбои и глюки в момент замыкания.

Кроме этого, конденсатор 0.1 мкФ, разряжаемый в короткозамкнутую цепь, является миниатюрным аппаратом для точечной сварки. Дла прочищения контактов нужен ток порядка единиц миллиампер. А ток в десятки и сотни ампер может расплавлять металл в точке контакта, в результате чего контакты выключателя сравнительно быстро деградирует.


"Экономика должна быть экономной" (с), как говаривал Л.И.Брежнев.

Спасибо за ответ, так и подумал, что вы считаете сопротивление и индуктивность монтажных проводов нулевыми. Отсюда и опасения за контакты. В реальной жизни, конечно, все не так страшно)
Вот некоторые не особо сознательные граждане в эл. сетях конденсаторные батареи 110 кВ без дросселей друг на друга в работе коммутируют. А это сотни мкф. И выключатель, как ни странно, это терпит! Хотя грохот стоит как при выстреле.

Ну и энергии конденсатора 0,1 мкф для сварки контактов тоже не хватит. Импульс тока слишком короткий.


Вибратор

Но в целом, согласен. Надо RC.

Я упомянул внутреннее сопротивление конденсатора. Но вы, кажется, думаете, что учет сопротивления и индуктивности проводников сильно повлияют на рассуждения? А оценочным сравнением того и другого случая не побалуете? Чтобы было видно, что с учетом одного только внутреннего сопротивления конденсаторов надо опасаться за контакты, а если к этому добавить сопротивление и индуктивность проводников - то не надо беспокоиться.



Это что-то из серии "быстро поднятое с пола упавшим не считается"?

Я не про сварку говорил, а про ускоренную деградацию.

Есть энергия, накопленная в конденсаторе. Часть этой энергии уйдет в эфир в виде электромагнитного излучения, остальное перейдет в тепло. И чем короче импульс, тем хуже, поскольку это тепло не успеет рассеяться.

При 5В конденсатор 0.1 мкФ хранит 1.25 мкДж энергии. Положим, вы замыкаете его выключателем с позолоченными контактами. Удельная теплоемкость золота 1290 Дж/(кг*К). Температура плавления золота 1337 К, при комнатной температуре его надо нагреть на 1040 К. Для расплавления 1 г золота надо 1.34 кДж. А энергия 1.25 мкДж может расплавить примерно 1 нг золота. Удельная плотность золота 19.3 г/см³. Кубик золота размером 1х1х1 мкм весит всего 0.2 нг, а толщина золотого покрытия - единицы микрон. Так чтo не отмахивайтесь легкомысленно, конденсатор 0.1 мкФ параллельно контакту вполне способен его постепенно испортить.

Практика показывает другое.
У нас в одной схеме стоял керамический конденсатор на 1мкФ/50В прямо на входе, параллельно светодиодному индикатору с резистором на землю. Вход коммутировался на +24В микровыключателем на 0.1А, аналогичном стоящими в мышках, с вполне обычными контактами. Специально проверяли как этот конденсатор будет влиять на электрическую/механическую износостойкость выключателя, тыкая микрик соленоидом каждые 0,5 секунды и проверяя контроллером, замкнулась/разомкнулась ли цепь - 2.000.000 срабатываний без проблем, хотя искра проскакивала.

Пардон, не улавливаю схему включения. Имеет ли отношение к обсуждаемому вопросу "резистор на землю" или нет - неясно, а если он не имеет отношения, а просто так, сбоку припека, то почему этот "резистор на землю" упомянут - тем более неясно. Ну и про +24В неплохо было бы поподробнее, откуда эти +24В, где стоял ближайший конденсатор на +24В и какого он был типа. Одно дело конденсатор 0.1мкФ накоротко замыкать, а когда невесть что коммутировалось невесть как невесть куда - сразу непонятки начинаются. Может, не поленитесь и нарисуете, что и как было включено?

Поленюсь.
Резистор на землю к обсуждаемому вопросу отношения не имеет. Считайте, что выключатель коммутировал конденсаторную нагрузку. Упомянув про резистор я хотел сказать, что конденсатор успевал разряжаться между коммутацией (а то кто-нибудь мог бы подумать, что не те условия)
Эксперимент был проведен в лабораторных условиях - в качестве +24В источника питания был использован блок питания нашего проверочного стенда, реализованного на понижающем трансформаторе, двухполупериодном выпрямителе и советских электролитических конденсаторах общей емкости до 4000мкФ. Он также использовался для питания самого контроллера.
Общая длина проводов в сигнальной цепи и цепи питания не превышала 1м, хотя в реальном изделии она составляет минимум 10 метров. Сечение проводов - больше 0,5мм2
Микровыключатель вот такой. Тип я не помню, но по характеристикам заявлялось что-то вроде 4 миллиона циклов.

ПС заметил на картинке, что они на 1А - значит я описался.

Очевидно, что при замыкании энергия выделялась и рассеивалась в основном на внутреннем сопротивлении электролитических конденсаторов и в проводах. Скажем, метр довольно толстого провода AWG20 (диаметр 0.812 мм) имеет сопротивление 33 миллиома, а сопротивление замкнутого выключателя - примерно столько же. Сопротивление у электролитов зависит от типа, но советские - значит, старые, можно ожидать сотни миллиом и даже более.

Это гораздо более мягкие условия работы контакта, чем в случае керамического конденсатора 0.1 мкФ, который впаян в плату параллельно выключателю рядом с ним, когда энергии деваться особо некуда, кроме как уходить в электромагнитный импульс и на расплавление покрытия контакта.

Совет то конечно хороший. Я его даже реализовала в проекте и чуть было уже на заказала плату, как вдруг поняла.
Если делитель расположить после диода то получится ерунда - на вход схемы защиты, до делителя будут подаваться законные 20 вольт а диодная цепь, верхнее плечо которой подсоединено к 3.3. вольт будет ее безжалостно рубить.
Если же верхнее плечо диодной защиты подключить к плюсу питания - та тогда цепь при вгозникновении высоковольтной помехи с этой же помехой и будет сравнивать сигнал, смысл диодной защиты пропадает...
Как поступить-то?

Суть в том, что паразитный ток верхнего диода течет от 3.3V через 100К и 3К на землю и на этих 103К наводится 0.22V.
Можно обойти ситуацию если вместо верхнего диода поставить стабилитрон на 3.3V. Или чтобы сэкономть на деталях поставить вместо напряжения
VCC_3V3 стабилитрон на 3.0V. Смотрите картинку.
Тогда при превышении ток пойдет через верхний диод и напряжение ограничит стабилитрон на уровне 3.0+0.4 = 3.4V, а при отрицательном сработает нижний диод как обычно.Правда ток который может выдержать стабилитрон будет милиампер 10..20. Намного меньше чем BAT54S. Для данной схемы 10mA означает напряжение на резисторе 3К должно быть 1000V в импульсе.
При этом, если сигнала на входе нет, все компоненты подключены к земле и никаких наводок быть не должно.
Вполне себе защита.

хорошо, попробую.

Тогда еще вопрос - у меня 3 входа АЦП, один из них меряет напряжение питания, съем показаний идет на входе преобразователя питания после индуктивности, конденсатора и двунаправленного супрессора. Имеет ли смысл защищать это вход, если это уже защищено. Не будет ли это "надеванием презерватива на презерватив"?

Если опустить намеки на резиновые изделия, то тут такое дело.
Если нет вероятность превышения по напряжению постоянно, то ничего добавлять не надо.
Если есть вероятность что на индуктивность подадут повышенное напряжение, то надо поставить защиту с диодами как в схеме выше.
Ну только резистор поменьше номиналом, 1К или около того.
Но лучше посмотреть рисунок участка, так как Ваши слова можно по разному трактовать.

Эта схема будет питаться от мотоциклетной бортовой сети и измерять напряжение в этой же сети. Сам делитель собираюсь рассчитать на всякий случай на подачу 24 вольт. То есть при 24 вольтах на вход АЦП больше 3.3 вольт не поступит. А вот все что свыше 24 вольт - это уже импульсые помехи.

Ну вот если ни при каких обстоятельствах никто не подаст 50 или там 100V на вход 24V и будут только импульсные помехи, то фильтра с TVS достаточно.

Скажите, так может мне на всех входах в том числе и на цифровых вместо диодов поставить вот такие штуки?
http://www.mouser.com/ds/2/54/CDNBS16-T03_T36C-69148.pdf

?
Поставить можно, но у них напряжение срабатывания 4.5V и -1.5V самое меньшее (T03), если Вас это устроит, и входы АЦП выдерживают такое напряжение то да поставить можно. А в целом по моему это верный подход, я тоже использую двухсторонние TVS.
Тут только один нюанс. TVS могут сожрать большое количество энергии и идеальны для выбросов. Но при постоянных перегрузках у TVS слишком большие напряжения, диоды же наоборот ничего больше своего тока пропустить не могут, но уж если шоттки стоит последовательно с стабилитроном 3.0V то больше 3.3V при токе 10mA не будет никогода с гарантией.
Повторюсь если никто не будет выдавать постоянку в Ваши входные цепи, TVS должны сработать нормально.
Если постоянка будет то после TVS все равно ставить резистор 100 ом..1К и два диода как в первой схеме. Чтобы уйти от 4.5 ..-1.5 до 3.6..-0.3.

То есть стабилитрон и диод это вариант, лишенный недостатков обоих вариантов (просто диоды либо TVS). Единственный минус - это небольшой ток, но он решается установкой резистора (последовательно).
Я правильно поняла?

Резистор установленный последовательно НЕ решает всех проблем. Импульс может быть и 2000 вольт и 30кV. Токи также могут быть до нескольких тысяч ампер в импульсе.
Поэтому схема лишенная недостатков это фильтр, TVS, диоды со стабилитроном.
Если чего то нет, это компромисс..

И то и другое снизит амплитуду импульса зарядного тока конденсатора на порядок. ESR керамического конденсатора порядка 0,1 Ома, а проводник будет иметь сопротивление 0,8-1,5 Ома. Плюс индуктивность порядка 1 миллигенри.
Итого, при напряжении 500 В в момент включения реле будем иметь импульс тока амплитудой не 5000А а чуть больше 100 (могу график переходного процесса приложить). Разница в 50 раз - это сильное влияние на рассуждения?

agregat, а вот ваша же идея со стабилитроном, но немножко с особенностями. Что скажете про нее? Для чего там может быть выведен резистор от диода и стабилитрона на плюс питания ?

Скажите вот такие диоды подойдут?
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74s1053.pdf
Смущает параметр Steady-state reverse voltage, VR, равный 7 V.
Что это? Это постоянка? А если в импульсе (помехи, гуляющие в бортовой сети мото/авто) ?

Для того, чтобы обеспечить постоянное напряжение на стабилитроне. Чтобы диоды были закрыты пока нет помех.

Без этого резистора напряжение на стабилитроне будет меняться, следуя за изменениями входного напряжения и отнимая некоторый ток от входного сигнала. В результате АЦП будет привирать.


Нет, они не для АЦП. У них очень большой обратный той, 5 мкА.

Возьмите BAV199, у них малые обратные токи. В крайнем случае, BAV99.


На этих диодах даже 4 В обратного не будет: его ограничит стабилитрон, все лишнее напряжение будет падать на входном резисторе.

Возьмите BAV199, у них малые обратные токи. В крайнем случае, BAV99.

Скажите, Leakage current - это тоже самое что Reverse current, то есть обратный ток?
Я с BAT54s испытывала. У него Leakage current =2 мкА.
У BAV199 этот параметр равен наноамперамм. Получается он в разы лучше для АЦП?

1. Как правило Leakage current и Reverse current одно и то же. Иногда это несколько различные термины (зависит от производителя) и найти различия можно посмотрев метод измерения (тест) этого параметра в ДШ. В вашем случае, например, два производителя (Diodes и NXP) очень близких по параметрам диодов (и одинаковые базовые номера - BAV199) используют разные термины, но по описаниям в ДШ видно, что понимается одно и тоже.
2. BAV199 и BAT54s совершенно разные диоды по типу - первый обычный диод, второй диод Шоттки. у них не только технология разная, но и параметры и применение разные. В некоторых случаях (редко) это не принципиально. Так вот, при одинаковом прямом токе первый имеет падение (при комнатной температуре) примерно 0,7В типовое, а второй - 0,3В тип. Принципиальное оличие - технология, у Шоттки производится легирование п-н пререхода, как правило, золотом, после чего свойства в прямом включении "улучшаются" (падение существенно меньше), а в обратом "ухудшаются" (утечка больше) по сравнением с обычным диодом. Поставил кавычки, чтобы избежать споров по другим параметрам диодов (в данном случае идет речь только об утечке и прямом падении).
3. Испытывать диоды сегодня, по меньшей мере, несерьезное занятие. Все написано в ДШ. И лучше чем там не получить (конечно с учетом серийности и разбросов). Но отбор компонентов по параметрам как-то можно было бы объяснить только единичным образцом, да и в этом случае несерьезно.
4. И наконец, в рассматриваемом случае, обычный диод параллельно входу для защиты использовать проблематично, так как прямое падение при отрицательном сигнале будет около -0,7В, что зачастую превыщает предельно допустимые значения обратного напряжения входов защищаемых микросхем (-0,3В). Конкретные значения - в ДШ.
5. Вообще-то надо почитать базовые учебники, перед тем как строить даже простые электронные устройства. Время, силы и деньги можно сократить немерянно.

Myron, спасибо за подробное разъяснения. Резюме наверное должно быть таким - выбираем, что нам важнее - падение напряжение или обратный ток. В данном случае выбор за нас делает сама задача - падение должно быть не выше чем у диодов защищаемой микросхемы (иначе они же первыми и погорят). В результате мы вынуждены использовать диоды с большим по сравнению с обычными током утечки, то есть Шоттки.
Я все правильно поняла?