Jak ten obwód łączy sygnał 20 V z mikrokontrolerem 3v3

Zaprojektowałem następujący obwód do połączenia sygnału 12-20 V z mikrokontrolerem działającym na 3,3 wolta. Sygnał ma wartość 20 V lub obwód otwarty.

Chcę, aby obwód był jak najbardziej sprężysty. Powinien być w stanie obsłużyć EMI i ESD.

obwód

R1 ma ograniczyć prąd i polaryzować tranzystor.
C1 ma zaimplementować filtr dolnoprzepustowy.
R2 służy do ściągnięcia podstawy tranzystora i rozładowania kondensatora C1, wejście 20 V to albo 20 V, albo obwód otwarty.
D1 służy do ochrony tranzystora przed ujemnym napięciem w bazie.
R3 oznacza wyciągnięcie szpilki mikrokontrolera.

Wszelkie uwagi i ulepszenia dotyczące tego obwodu są mile widziane.

Pytanie poboczne: Jakie maksymalne napięcie dodatnie ten tranzystor może tolerować. Arkusz danych podaje szczytowy prąd podstawowy wynoszący 100mA. Jeśli podstawa jest utrzymywana na 0,7 wolta, wówczas napięcie wejściowe może wynosić nawet 1000 woltów (10 kiloomów * 100mA). Ale jeśli napięcie wejściowe wynosi 1000 woltów, dzielnik potencjału czyni napięcie podstawą o wartości 500 woltów. A maksymalna Vcb zgodnie z arkuszem danych wynosi 60 woltów.

— Hassan Nadeem
źródło

Dioda od podstawy do emitera załaduje dzielnik rezystancyjny, ograniczając jego napięcie wyjściowe do około 0,7 V. Tak więc w przypadku wysokiego napięcia wejściowego można pominąć R2 w obliczaniu napięcia wejściowego. Prąd przez R2 wyniesie 0,7 / 10k = 70uA, więc napięcie wejściowe będzie w praktyce zależeć tylko od 100mA × 10k. Ale bądź ostrożny z całkowitym rozproszeniem mocy.

— jippie,

Dioda jest skierowana w przeciwną stronę, przeznaczona jest do przewodzenia w przypadku ujemnego napięcia. Potrzebuję R2 do rozładowania kondensatora.

— Hassan Nadeem,

Piszę o wewnętrznej podstawie diody emitującej. Czy wiesz, jak działa BJT?

— jippie,

@jippie mój zły Myślałem, że mówisz o D1.

— Hassan Nadeem,

Bardzo interesuje mnie także interfejs sygnałów akumulatora / alternatora samochodowego, czy rozważałeś zastosowanie transoptorów? Są w zasadzie takie same, jak tutaj, interfejs w stylu BJT. Mam zamiar użyć prostego dzielnika napięcia z mocowaniem nadnapięciowym diody Zenera (za dzielnikiem!) I wystarczająco wysokich wartości rezystorów, aby dioda Zenera przetrwała dłuższe warunki „ON”, jeśli tak się stanie. Na każdym wejściu będę również miał kondensator z filtrem o niskim ESR, aby poradzić sobie z skokami napięcia ...

— KyranF,

Odpowiedzi:

Dla mnie wygląda dobrze. Odwrotna dioda D1 to dobry pomysł. Jeśli masz minimum 12 V, możesz nieco zmniejszyć R2. Obwód ten ma próg może 2 V, możesz łatwo o połowę R2 lub podwoić R1.

W przypadku chwilowego ekstremalnego przepięcia napięcie emitera bazowego (z tendencją do przodu) nie wzrośnie powyżej wolta, nawet przy 100 mA. Wygląda jak kolejna dioda odwrotnie równoległa do D1. Jedną z zalet BJT w tej aplikacji. Ograniczeniem jest bardziej napięcie znamionowe R1.

Jeśli chcesz wziąć pod uwagę utrzymujące się przepięcie, być może będziesz musiał wziąć pod uwagę moc znamionową R1. Jeśli jakiś idiota podłączy go do sieci (zwykle możemy założyć, że około 240 V prądu przemiennego jest największym napięciem, idioci będą mieli zbyt duży dostęp - idioci z dostępem do wyższych napięć są rodzajem problemu samowy eliminującego), wówczas R1 rozproszy prawie 6 W, więc musiałby być fizycznie dużą częścią. Możesz rozwiązać ten problem, zwiększając wartość R1, aby można było użyć mniejszej części.

— Spehro Pefhany
źródło

Jedynym źródłem przepięcia jest EMI. Więc myślę, że standardowe rezystory działałyby dobrze. Nie zastosowałem się do pierwszego akapitu twojego komentarza. Mam dostępne minimum 12 V (pochodzi z akumulatora samochodowego), ale nie rozumiem, co zrobiłaby redukcja R2. Możesz rozwinąć temat?

— Hassan Nadeem,

Przełącza się na około 2 V, co jest nieco niskie (6 V powinno być wystarczająco niskie, aby pomieścić akumulator samochodowy), więc może chcesz przesunąć próg do około 4 V. Dodaje to nieco odporności na zakłócenia. Z tego powodu często widzisz serię Zenera w obwodach przemysłowych, ale myślę, że zmiana rezystora 2: 1 jest w tym przypadku w porządku.

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany LOL na temat idiotów samozapominających się. Jedynym dodatkowym komentarzem jest czas odpowiedzi. Przy stosunkowo dużych wartościach maksymalnego obciążenia i rezystora OP może chcieć mieć pewność, że obwód zareaguje wystarczająco szybko dla danego zastosowania. W szczególności wspomina o filtrowaniu dolnoprzepustowym, więc prawdopodobnie już to rozważał, ale nie może zaszkodzić podwójnej kontroli.

— John D,

Sam kiedyś zaprojektowałem bardzo podobny obwód, kiedy potrzebowałem „wytrzymałych” wejść. Jednak użyłem R1 = R2 = 100k (zamiast 10k). Naprawdę nie potrzeba dużo prądu wejściowego do nasycenia Q1 z R3 = 10K. Zmniejsz C1 o ten sam współczynnik, jeśli chcesz zachować tę samą częstotliwość narożną.

Jeśli chcesz, aby histereza poprawiła charakterystykę przełączania, możesz rozważyć umieszczenie rezystora 100 Ω między emiterem Q1 a masą, a następnie powiązanie dolnego końca R2 z tym złączem.

— Dave Tweed
źródło

+1 za metodę dodawania histerezy. To zadziwiające, co może zrobić szept pozytywnej informacji zwrotnej, aby wyciszyć powolne i / lub głośne sygnały wejściowe.

— Russell McMahon

Obwód wygląda OK dla niezbyt wymagającego użycia.
W skrajnych sytuacjach może się jąkać.

Odpowiedź częstotliwościowa na sygnał wejściowy oraz dopuszczalne czasy narastania i opadania nie zostały określone i, jeśli to ważne, należy je znać.

Vbe z Q1 zablokuje podstawę przy ~ = 1V max.
Ibe można ograniczyć, używając powiedzmy dwóch diod od złącza R1-R2 do uziemienia i małego rezystora (powiedzmy 100 Ohm) od tego punktu do podstawy Q1, aby diody zacisnęły masywne transjenty Vin do około 1,5 - 2 V i podstawę zacisków tranzystora powiedzieć 0,7 V.
Przykład: Jeśli stan przejściowy napędza napięcie wejściowe do 1000 V, I_R1 = 100 mA.
Jeśli dwie diody zaciskają dolny koniec R1 na górze, powiedzmy 2V, wówczas prąd bazowy jest wtedy
(2V-Vbe) / 100R = 13 mA.
Wartości można dostosować do własnych potrzeb.

Rezystory mają wartości znamionowe napięcia niezależne od rozpraszania.
Przy bardzo wysokich napięciach ważna jest ocena napięcia R1.
Rozproszenie w R1 wynosi ~ = V ^ 2 / R, więc 1 W przy 100 V przy R1 = 10 K.
Przy 1000 V R1 rozproszenie wynosi V ^ 2 / R = 1 000 000/10 000 = 100 W.
Nie chciałbyś mieć tego prezentu na długo ani dostarczać rezystora, który poradzi sobie z tym stabilnym stanem.
Nie jest to wymagane w przypadku ESD. Jeśli kiedykolwiek zdarzyło Ci się, że bardzo wysokie napięcie może czasami występować przez ponad milisekundy, możesz użyć przełączanego wejścia, które wyłącza się w warunkach bardzo wysokiego napięcia.

JEŻELI czasy reakcji nie muszą być wysokie, R1 można zwiększyć, aby dopasować się do warunków wyższego napięcia.

— Russell McMahon
źródło