¿Cómo protege un circuito de sujeción de diodos contra sobretensiones y ESD?
On diciembre 27, 2020 by adminSiempre veo este circuito cuando hablo de sobretensión o protección ESD (¿este circuito logra ambos o solo uno?):
Sin embargo, no entiendo cómo funciona. Digamos que puse 20V en Vpin.
Entonces Vpin tiene un potencial más alto que Vdd, por lo que la corriente fluye a través del diodo. Pero el voltaje en el nodo Vpin sigue siendo de 20 V y el IC todavía ve 20 V; ¿cómo protege esto los circuitos internos? a Vpin ¿cómo protege el circuito interno?
Finalmente, ¿está el diodo D2 allí para proteger contra un voltaje por debajo de Vss, o tiene algún otro propósito?
Lo he intentado simulando este circuito, pero por alguna razón no funciona.
Comentarios
- Quizás diodos Zener.
- ESD es un es decir, una fuente de energía baja, considérelo como una fuente de voltaje con una impedancia en serie significativa. Si observa t Los estándares para las pruebas de ESD, mostrará la resistencia en serie que se utiliza como modelo para una fuente de ESD real.
- Si estás en el desierto y un león te sigue, no ‘ No tienes que ser más rápido que el león, solo tienes que ser más rápido que el miembro más lento de tu grupo. Los diodos de protección funcionan básicamente agregando personas lentas a su grupo y haciendo suposiciones sobre la cantidad de leones.
Respuesta
El circuito protege contra sobretensiones y ESD sujeto a determinadas condiciones. El supuesto principal es que Vd es «rígido» en comparación con la fuente de energía en Vpin. Esto suele ser cierto para Vd = fuente de alimentación de, por ejemplo, 1 A + capacidad y Vpin es una fuente de señal típica. Si Vpin es, por ejemplo, una batería de automóvil, todas las apuestas pueden estar cerradas sobre cuánto tiempo pasará antes de que se destruya D3. .
Como se muestra, la entrada Vpin está conectada a Vdd a través del diodo D3. O bien
– La entrada se sujetará a una caída de diodo por encima de Vd porque la fuente no tiene suficiente energía para aumentar el voltaje de Vd o
– Vd se elevará hasta cerca de Vpin – solo si Vpin es mucho «más rígido «que Vd. Normalmente no, o
– D3 se destruirá como fuente de energía y se hundirá.
Es habitual añadir una pequeña resistencia, digamos de 1k a 10k entre Vpin y la unión D2 D3.
Vpin ahora debe caer ~ = Vpin-Vd a través de la resistencia.
ESD: El mismo circuito funciona de la misma manera para ESD, que es «solo» una fuente de energía de mayor voltaje y menor energía (esperas). Una vez más, una resistencia de entrada en serie ayuda. Aspectos como el tiempo de subida y la energía disponible y posiblemente incluso el tiempo de respuesta del diodo se vuelven importantes.
Comentarios
- Decidí cambiar mi respuesta a la suya ya que explica mejor por qué.
Answer
Olvidas que estas fuentes de voltaje son «ideales». Entonces, si su entrada es de 20 V directamente de un suministro, siempre será de 20 V.
Coloque una resistencia en serie allí y podrá ver cómo funciona.
Usé LTspice para modelar el circuito.
R1 es la resistencia de entrada para algún pin IC.
Hice un barrido de CC de -10V a 10V con Incrementos de 1V.
Como puede ver, cuando empiezo a superar los 5.7V, R1 solo ve ~ 5.7V.
Los ESD tienen un voltaje mucho más alto y duran solo un breve momento, pero esto debería demostrar la protección.
Cuando \ $ V_ {pin} > V_ {dd} +0.7 \ $ , o cuando \ $ V_ {pin} < -0.7 \ $ , uno de los diodos comenzará a conducir . El exceso de voltaje (cualquier valor superior a 5,7 V o inferior a -0,7 V) pasa a tierra o de nuevo al suministro.
Comentarios
- Gracias por esta respuesta. Tenía una pregunta similar y quería simularla, pero ‘ no estoy cerca de una computadora.
- Entonces, para Vdd = 3.3V, si Vpin = 6V entonces Vic sería 2V (6 – (3.3 + 0.7))?
- @ m4l490n No, cuando aumenta Vpin de un valor pequeño a un valor grande, a un valor de Vpin (digamos Vx) el El diodo comienza a conducir y conduce para todos los valores de Vpin > Vx. Para todos Vpin > Vx, dado que el diodo está polarizado hacia adelante, el voltaje Vic será constante (igual a (3.3 + 0.7)).
Respuesta
La prueba de ESD puede subir hasta + 8kV o bajar hasta -8kV. Cuando ocurre una descarga de + 8kV, la corriente fluirá a través de D3 e intentará neutralizarse. Cuando ocurre -8kV, la corriente fluirá a través de D2.
En la aplicación del mundo real, el suministro de VDD y VSS están muy lejos. Cuando ocurre una descarga electrostática (ESD), el pico saltará de la traza VDD (o VSS) e interferirá con otros componentes.
Para minimizar esta característica no deseada, siempre agregue un límite de volumen entre VDD y VSS; más cercano a D2 y D3.
Respuesta
«Cuando Vin> Vcc + 0.7, o cuando Vin < -0.7, uno de los diodos comenzará a conducir. El exceso de voltaje (cualquier cosa por encima de 5.7 o por debajo de -0.7 pasa a tierra o de regreso al suministro» Creo que esta explicación de efox29 responde bastante bien a su pregunta.
Su imagen es algo engañosa. Es de esperar que el nodo Vpin donde ha escrito 20V nunca llegue a 20V. A medida que Vpin comience a aumentar el voltaje (en su camino hasta 20V), tan pronto como llegue por encima del voltaje Vdd (5V + 0.7), el diodo D3 conducirá y enviará la mayor parte de la corriente al nodo Vdd y Vpin no aumentará en voltaje.
Del mismo modo, D2 sujetará el voltaje Vpin a no ser nada menos que Vss
El trabajo del suministro de riel Vdd es mantener la diferencia de potencial entre Vdd y tierra a 5V. Si intenta hacer que vdd sea mayor que 5v enviando corriente al nodo vdd, El suministro de riel Vdd pasará este e xtra actual que envió a tierra de modo que vdd permanece en 5v. si realmente exigió que el nodo vin esté a 20v (con respecto a tierra), entonces tiene dos fuentes que exigen voltajes diferentes para el mismo nodo (creo que lo llaman «contención de fuente»). Si la fuente de 20 V en Vin es lo suficientemente fuerte como para que pueda suministrar más corriente que la que puede hundir el riel vdd de 5 V (y esto tendría que ser mucha corriente, & D3 probablemente falla con tanta corriente) entonces el nodo Vdd se vería forzado a ser 19.3V por el suministro de vin de 20V.
Comentarios
- Entonces, cuando digamos » El exceso de voltaje (cualquier valor por encima de 5.7 o por debajo de -0.7 pasa a tierra o de vuelta al suministro » ¿eso significa que si Vin llega a 20 V, ¿el riel Vdd subirá a 14.3 V?
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