Como um circuito de fixação de diodo protege contra sobretensão e ESD?
On Dezembro 27, 2020 by adminEu sempre vejo este circuito quando falo sobre sobretensão ou proteção ESD (este circuito realiza as duas ou apenas uma?):
No entanto, não entendo como funciona. Digamos que eu coloque 20 V em Vpin.
Então Vpin está com um potencial mais alto do que Vdd, então a corrente flui através do diodo. Mas a tensão no nó Vpin ainda é 20 V e o IC ainda vê 20 V – como isso protege o circuito interno? Além disso, se um evento ESD atingir 10.000 V para Vpin como ele protege os circuitos internos?
Finalmente, o diodo D2 está lá para proteger contra uma tensão abaixo de Vss, ou tem algum outro propósito?
Eu tentei simulando este circuito, mas por algum motivo ele não funciona.
Comentários
- Talvez diodos Zener.
- ESD é um fonte de baixa energia, isto é, considere-a como uma fonte de tensão com uma impedância em série significativa. Se você olhar para t s padrões para testes de ESD, ele mostrará a resistência em série que é usada como modelo para uma fonte ESD real.
- Se você estiver no deserto e um leão o seguir, você não ‘ t tem que ser mais rápido que o leão, você só tem que ser mais rápido que o membro mais lento de seu grupo. Os diodos de proteção funcionam basicamente adicionando pessoas lentas ao seu grupo e fazendo suposições sobre o número de leões.
Resposta
O circuito protege contra sobretensão e ESD sujeito a certas condições. A suposição principal é que Vd é “rígido” em comparação com a fonte de energia em Vpin. Isso geralmente é verdadeiro para Vd = fonte de alimentação de, digamos, capacidade 1 A + e Vpin é uma fonte de sinal típica. Se Vpin for, por exemplo, uma bateria de carro, todas as apostas podem estar erradas sobre quanto tempo leva até que D3 seja destruído. .
Conforme mostrado, a entrada Vpin é conectada ao Vdd via diodo D3. Ambos
– A entrada será presa a uma queda de diodo acima de Vd porque a fonte não tem energia suficiente para aumentar a tensão de Vd ou
– Vd aumentará para perto de Vpin – somente se Vpin for muito “mais rígido “do que Vd. Normalmente não, ou
– D3 será destruído como fonte de energia e afundar-se-á
É comum adicionar um pequeno resistor – digamos 1k a 10k entre Vpin e a junção D2 D3.
Vpin agora deve cair ~ = Vpin-Vd no resistor.
ESD: O mesmo circuito funciona da mesma maneira para ESD que é “apenas” uma fonte de energia de baixa voltagem mais alta (você espera). Novamente, um resistor de entrada em série ajuda. Aspectos como tempo de subida e energia disponível e possivelmente até mesmo o tempo de resposta do diodo tornam-se importantes.
Comentários
- Decidi mudar minha resposta para a sua porque explica melhor o porquê.
Resposta
Você está esquecendo que essas fontes de voltagem são “ideais”. Portanto, se sua entrada for 20 V diretamente de uma fonte, ela sempre será 20 V.
Jogue um resistor em série lá e você verá como funciona.
Eu usei o LTspice para modelar o circuito.
R1 é a resistência de entrada para alguns pinos do IC.
Eu fiz uma varredura DC de -10V para 10V com Incrementos de 1V.
Como você pode ver, quando eu começo a passar de 5,7 V, R1 só vê ~ 5,7 V.
Os ESDs têm tensão muito mais alta e duram apenas por um breve momento, mas isso deve demonstrar a proteção.
Quando \ $ V_ {pin} > V_ {dd} +0,7 \ $ , ou quando \ $ V_ {pin} < -0,7 \ $ , um dos diodos começará a conduzir . A tensão excessiva (qualquer coisa acima de 5,7 V ou abaixo de -0,7 V) é passada para o aterramento ou de volta para a fonte.
Comentários
- Obrigado por esta resposta. Eu tinha uma pergunta semelhante e queria simular, mas ‘ não estou perto de um computador no momento.
- Portanto, para Vdd = 3,3 V, se Vpin = 6V, então Vic seria 2V (6 – (3,3 + 0,7))?
- @ m4l490n Não, quando você aumenta Vpin de um valor pequeno para um valor grande, em um valor de Vpin (digamos Vx) o o diodo começa a conduzir e a conduzir para todos os valores de Vpin > Vx. Para todos os Vpin > Vx, uma vez que o diodo é polarizado direto, a tensão Vic será constante (igual a (3,3 + 0,7)).
Resposta
O teste ESD pode ir até + 8kV ou até -8kV. Quando ocorre uma descarga de + 8kV, a corrente flui através do D3 e tenta se neutralizar. Quando ocorre -8kV, a corrente fluirá através de D2.
Na aplicação do mundo real, o VDD e o fornecimento de VSS estão muito distantes. Quando a ESD acontece, o pico vai pular do traço VDD (ou VSS) e interferir em outros componentes.
Para minimizar essa característica indesejada, sempre adicione um bulk cap entre VDD e VSS; mais próximo de D2 e D3.
Resposta
“Quando Vin> Vcc + 0,7, ou quando Vin < -0,7, um dos diodos começará a conduzir. A tensão em excesso (qualquer coisa acima de 5,7 ou abaixo de -0,7 é passada para o terra ou de volta para a fonte” Eu acho que esta explicação do efox29 responde basicamente à sua pergunta.
Sua imagem é um tanto enganosa. O nó Vpin onde você escreveu 20 V provavelmente nunca alcançará 20 V. À medida que Vpin começa a aumentar a voltagem (em seu caminho até 20 V), assim que chegar acima da tensão Vdd (5V + 0,7), o diodo D3 conduzirá e enviará a maior parte da corrente para o nó Vdd e o Vpin não aumentará a tensão.
Da mesma forma, D2 fixará a tensão Vpin para não seja nada menos do que Vss
o trabalho do fornecimento de trilhos Vdd é manter a diferença de potencial entre Vdd e terra em 5 V. se você tentar fazer vdd maior que 5 V enviando corrente para o nó vdd, O fornecimento de trilhos Vdd passará este e xtra atual que você enviou para o solo de forma que vdd permaneça em 5v. se você realmente exigiu que o vin node estivesse em 20 V (em relação ao aterramento), então você tem duas fontes exigindo tensões diferentes para o mesmo node (pense que eles chamam isso de “contenção de fonte”). Se a fonte de 20 V no Vin for forte o suficiente para fornecer mais corrente do que o trilho de 5 V vdd pode afundar (e isso teria que ser muita corrente, & D3 provavelmente falhar com tanta corrente), então o nó Vdd seria forçado a ser 19,3 V pelo fornecimento de 20 V vin.
Comentários
- Então, quando você diga ” O excesso de tensão (qualquer coisa acima de 5,7 ou abaixo de -0,7 é passada para a terra ou de volta para a fonte ” isso significa que se Vin chegar a 20 V, o trilho Vdd aumentará para 14,3 V?
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