Hoe beschermt een diodeklemcircuit tegen overspanning en ESD?
Geplaatst op december 27, 2020 door adminIk zie dit circuit altijd als ik het heb over overspanning of ESD-bescherming (bereikt dit circuit beide, of slechts één?):
Ik begrijp echter niet hoe het werkt. Stel dat ik 20V bij Vpin plaats.
Dus Vpin heeft een hoger potentieel dan Vdd, dus stroom vloeit door de diode. Maar de spanning op het knooppunt Vpin is nog steeds 20V en de IC ziet nog steeds 20V – hoe beschermt dit de interne schakelingen? Bovendien, als een ESD-gebeurtenis 10.000V raakt naar Vpin hoe beschermt het de interne schakelingen?
Ten slotte, is de diode D2 er om te beschermen tegen een spanning onder Vss, of heeft hij een ander doel?
Ik heb geprobeerd simuleert dit circuit, maar om de een of andere reden werkt het niet.
Opmerkingen
- Misschien zenerdiodes.
- ESD is een lage energiebron, dat is het, beschouw het als een spanningsbron met een aanzienlijke serie-impedantie. Als je kijkt naar t e standaarden voor ESD-testen, zal het de serieweerstand laten zien die wordt gebruikt als model voor een echte ESD-bron.
- Als je in de woestijn bent en een leeuw je volgt, doe je ‘ t moet sneller zijn dan de leeuw, je moet gewoon sneller zijn dan het langzaamste lid van je groep. Beschermingsdiodes werken in principe door langzame mensen aan uw groep toe te voegen en aannames te doen over het aantal leeuwen.
Antwoord
Het circuit beschermt onder bepaalde voorwaarden tegen overspanning en ESD. De belangrijkste aanname is dat Vd “stijf” is in vergelijking met de energiebron op Vpin. Dit geldt meestal voor Vd = voeding van zeg 1 A + capaciteit en Vpin is een typische signaalbron. Als Vpin bijvoorbeeld een autoaccu is, kunnen alle weddenschappen worden uitgeschakeld met betrekking tot hoe lang het duurt voordat D3 wordt vernietigd.
Zoals weergegeven is de ingang Vpin verbonden met Vdd via diode D3. Ofwel
– De ingang wordt vastgeklemd tot één diodedaling boven Vd omdat de bron niet genoeg energie heeft om de spanning van Vd te verhogen of
– Vd zal stijgen tot bijna Vpin – alleen als Vpin veel “stijver is” “dan Vd. Gewoonlijk niet, of
– D3 wordt vernietigd als de energiebron en zinkt het uit.
Het is gebruikelijk om een kleine weerstand toe te voegen – zeg 1k tot 10k tussen Vpin en de D2 D3-kruising.
Vpin moet nu ~ = Vpin-Vd over de weerstand laten vallen.
ESD: hetzelfde circuit werkt op dezelfde manier voor ESD die “slechts” een energiebron met een hogere spanning en lagere energie (hopelijk) is. Nogmaals, een serie-ingangsweerstand helpt. Aspecten als stijgtijd en beschikbare energie en mogelijk zelfs diode-responstijd worden belangrijk.
Reacties
- Besloten om mijn antwoord te veranderen in het jouwe omdat het beter uitlegt waarom.
Antwoord
Je vergeet dat deze spanningsbronnen “ideaal” zijn. Dus als je input 20V rechtstreeks van een voeding is, zal het altijd 20V zijn.
Gooi er een serieweerstand in en je kunt zien hoe het werkt.
Ik heb LTspice gebruikt om het circuit te modelleren.
R1 is de ingangsweerstand voor een IC-pin.
Ik heb een DC-sweep gedaan van -10V naar 10V met 1V stappen.
Zoals je ziet, als ik over 5,7V begin te gaan, ziet R1 slechts ~ 5,7V.
ESDs hebben een veel hogere spanning en gaan slechts een korte tijd mee, maar dit zou demonstreren van de bescherming.
Wanneer \ $ V_ {pin} > V_ {dd} +0.7 \ $ , of wanneer \ $ V_ {pin} < -0.7 \ $ , een van de diodes begint te geleiden . De overtollige spanning (alles boven 5,7 V of onder -0,7 V) wordt naar aarde of terug in de voeding geleid.
Opmerkingen
- Bedankt voor deze reactie. Ik had een soortgelijke vraag en ik wilde het simuleren, maar ik ‘ ben momenteel niet in de buurt van een computer.
- Dus voor Vdd = 3.3V, als Vpin = 6V dan is Vic 2V (6 – (3.3 + 0.7))?
- @ m4l490n Nee, als je Vpin verhoogt van een kleine waarde naar een grote waarde, bij één waarde van Vpin (zeg Vx), diode begint te geleiden en geleidt voor alle waarden van Vpin > Vx. Voor alle Vpin > Vx, aangezien de diode voorwaarts voorgespannen is, zal de spanning Vic constant zijn (gelijk aan (3,3 + 0,7)).
Answer
ESD-test kan oplopen tot + 8 kV of tot -8 kV. Bij een ontlading van + 8kV zal de stroom door D3 vloeien en zichzelf proberen te neutraliseren. Wanneer -8kV gebeurt, zal de stroom door D2 stromen.
In echte toepassingen zijn de VDD- en VSS-toevoer erg ver weg. Wanneer ESD optreedt, springt de piek uit de VDD (of VSS) -trace en interfereert met andere componenten.
Om deze ongewenste eigenschap te minimaliseren, voegt u altijd een bulklimiet toe tussen VDD en VSS; het dichtst bij D2 en D3.
Answer
“When Vin> Vcc + 0.7, of when Vin < -0.7, een van de diodes zal beginnen te geleiden. De overtollige spanning (alles boven 5,7 of onder -0,7 wordt naar aarde of terug in de voeding geleid.” Ik denk dat deze uitleg van efox29 uw vraag.
Je foto is enigszins misleidend. Het Vpin-knooppunt waar je 20V hebt geschreven, zal hopelijk nooit 20V bereiken. Als Vpin in spanning begint te stijgen (op weg naar 20V), zodra het wordt boven de Vdd-spanning (5V + 0,7) zal de D3-diode de meeste stroom geleiden en naar het Vdd-knooppunt sturen en Vpin zal niet hoger worden in spanning.
Evenzo zal D2 de Vpin-spanning vastklemmen naar niet minder zijn dan Vss
het is de taak van de Vdd-railtoevoer om het potentiaalverschil tussen Vdd en aarde op 5V te houden. als je vdd groter dan 5v probeert te maken door stroom naar het vdd-knooppunt te sturen, Vdd rail supply passeert deze e xtra stroom die je naar de aarde hebt gestuurd, zodat vdd op 5v blijft. als je echt eiste dat het vin-knooppunt 20v is (met betrekking tot aarde), dan heb je twee bronnen die verschillende voltages vragen voor hetzelfde knooppunt (denk dat ze dit “bronconflict” noemen). Als de 20V-bron bij Vin sterk genoeg is zodat deze meer stroom kan leveren dan de 5v vdd-rail kan zinken (en dit zou veel stroom moeten zijn, & zou D3 waarschijnlijk mislukken met zoveel stroom), dan zou het Vdd-knooppunt door de 20V vin-voeding gedwongen worden 19,3 V te zijn.
Opmerkingen
- Dus, als je say ” De overtollige spanning (alles boven 5,7 of onder -0,7 wordt doorgegeven aan aarde of terug in de voeding ” betekent dat dat als Vin op 20V komt, stijgt de Vdd-rail naar 14,3V?
Geef een reactie