¿Protección de la fuente de alimentación del sistema?

Muchos circuitos integrados están especificados para funcionar normalmente con una corriente sostenida en sus diodos de sujeción de pin IO, siempre que la corriente sea limitada. El límite exacto se suele especificar en la hoja de datos de la pieza.

Por ejemplo, una señal digital de 5V puede ir a una entrada de 3.3V si se usa una resistencia en serie para limitar la corriente.

Hay algunos tipos de topologías de fuente de alimentación que no son capaces de hundir la corriente. Por ejemplo, muchos reguladores lineales no pueden hundir la corriente.

Si espera conducir la corriente a través del diodo de sujeción, y su fuente de alimentación no puede absorber la corriente, entonces tiene un par de opciones.

1) Determine la cantidad mínima de corriente de la fuente de alimentación que todos los chips extraen de esa fuente. Luego reste la corriente de diodo de sujeción esperada. Si la corriente neta fuera de la fuente sigue siendo positiva, entonces no tiene un problema ya que la fuente nunca se hundirá.

Por ejemplo, si está ejecutando un microcontrolador que siempre está consumiendo 10mA, y desea hundir 1mA en uno de los pines IO, la fuente de alimentación en el peor de los casos suministra 9mA en lugar de 10mA y no tiene problema.

2) Si en la opción 1 usted determina que su corriente de sujeción excede las otras corrientes de suministro, puede agregar una carga para asegurarse de que la corriente de suministro siempre sea positiva.

Por ejemplo, si su microcontrolador de 3.3V está consumiendo 100uA mientras está durmiendo y quiere hundir 1mA en un pin de E / S, entonces puede agregar una resistencia de carga de 3.3k entre la salida de suministro y tierra para asegurar que la corriente de carga neta sea aún positivo.

3) Como alternativa a la adición de una resistencia de carga, puede agregar un diodo Zener o un regulador de derivación en paralelo con la salida de suministro. El zener reducirá la corriente adicional según sea necesario para evitar que la tensión de alimentación sea demasiado alta. La ventaja del zener sobre una resistencia de carga es que usa muy poca energía a menos que realmente la esté utilizando para sujetar el exceso de corriente. Mientras que la resistencia de carga usa una mayor cantidad de potencia de forma constante.

Se debe tener cuidado al elegir un Zener. El zener debe tener un voltaje de sujeción mínimo que sea ligeramente más alto que el voltaje de salida de suministro máximo, incluidas todas las tolerancias. El voltaje de la pinza Zener también debe ser lo suficientemente bajo para que sus circuitos integrados no estén dañados.

Por ejemplo, un suministro de 3.3V ± 10% que alimenta los circuitos integrados con un rango de funcionamiento recomendado de hasta 5V puede usar un 4% de ± 5%.

4) Puedes usar resistencias de series más grandes en tus pines IO. Entonces se hundirá menos corriente, a expensas de la velocidad de transición. La velocidad de transición está limitada por la constante de tiempo RC formada por la resistencia y la capacitancia del pin IC. La corriente de fuga del pin de entrada de IC también debe tenerse en cuenta si la resistencia es grande. Por ejemplo, si el pin IO especifica 10uA de fuga de entrada, el uso de una resistencia de 10K cambiará sus umbrales lógicos en 10K * 10uA = 100mV.

Sin una definición clara de cuál es la "sobretensión en el peor de los casos" y cuál es su origen, la pregunta no tiene sentido.

La referencia a los diodos de sujeción en circuitos CMOS no es adecuada, ya que este nivel de protección está diseñado contra los eventos de "sobretensión" muy específicos, es decir, los eventos ESD (descarga electrostática). Los eventos de ESD que ocurrieron fueron investigados y clasificados cuidadosamente por el organismo de ingeniería industrial, lo que ha dado lugar a varios modelos (evento de descarga de la máquina, evento de descarga de personas). Estos eventos son de naturaleza transitoria y tienen una energía de descarga limitada, por lo que la protección IC se diseñó contra ellos.

Si una "sobretensión sostenida" no especificada es preocupante, debe formularse un escenario realista. De lo contrario, no hay un límite superior (¿línea eléctrica de 100 kV a alguien? ¿Con la barra de cobre AWG1 cayendo a PS?) Para la sobretensión. La forma correcta de proteger los dispositivos electrónicos es evitar / limitar la sobretensión externamente en su fuente (red de CA) en lugar de "proteger PS".

Es bastante correcto que la premisa de fijar una señal a un riel de suministro depende de que el riel de suministro tenga una carga lo suficientemente grande como para alejar la sobretensión.

Instantáneamente, la sobretensión debe cargar la capacidad de desacoplamiento del riel, lo que reducirá su tiempo de subida. Al mismo tiempo, la carga del riel tomará algo de la corriente. Si el riel es alimentado por un regulador de voltaje y la sobretensión aún puede aumentar el voltaje del riel, el regulador disminuirá su salida a tiempo para tratar de mantener el voltaje del riel en la regulación.

Pero si no hay un regulador o si el riel está muy poco cargado, se puede colocar un diodo Zener a través del riel para desviar la corriente si el riel es elevado por la sobretensión.

Entonces, como usted supuso correctamente, la técnica de sujeción al riel no puede tomarse como un removedor mágico de transitorios.

Recientemente he tenido PCB con varios rieles ligeramente cargados que necesitaban esta protección. Además, para más información, eche un vistazo al ST USBLC6-2. Este IC es para proteger una tarjeta de transitorios en las líneas de datos diferenciales de un cable USB entrante. Utiliza ambos diodos de pinza para la alimentación USB 'VUSB' (5 V) también en el cable y un zener. El zener permite protección incluso cuando el suministro de VUSB está iluminado y es un buen ejemplo de lo que estaba buscando.