Decidí agregar protección contra sobretensión Zener a las líneas I2C de mi dispositivo. Después de algunas búsquedas he encontrado que el circuito más usado es:
Entoncesmipreguntaes¿porquénecesitamosR3yR4?SisonparalimitarlacorrienteZener,¿porquénoseconectancomo:
Escogí SDA y SCL pero creo que lo mismo es para todas las otras I / O.
Entonces, hagamos los cálculos aquí.
Imagina estas figuras del mundo real: R3 = R4 = 100 Ohm, Zener = 4.7V, Vcc = 5.0V,
En el escenario 1 (imagen superior):
Eres travieso y aplicas 12v a la entrada SDA de I²C (El lado derecho de R3).
La corriente fluye a través de R3 y D1.
La caída de voltaje en D1 es 4.7V (simplificado).
La caída de voltaje sobre R3 es 12V - 4.7V = 7.3V
La corriente a través de R3 y D1 es 7.3V / 100E = 0.073A
La potencia disipada en D1 es 0.073A * 4.7V = 0,3431W
Entonces, si eligió un paquete de diodo zener de 0.5W, el zener no explota. El voltaje visto por el pin SDA es de 4.7 voltios. Por lo tanto, su dispositivo I²C no se ha inflado.
Escenario 2 (la imagen inferior):
Una vez más, aplica 12V a la entrada SDA de entrada. La corriente una vez más fluye a través de R3 y D1 de la misma manera que lo hace en el escenario 1:
Pero ... El voltaje en el pin de su dispositivo I²C ahora es de 12V completos. Porque todo el voltaje se cae sobre R3 y D1 combinados. Esto dañará tu componente.
Espero que esto deje en claro cómo funciona la protección Zener.
Anexo: Si desea saber qué sucede cuando R3 y R4 son demasiado bajos, vuelva a realizar los cálculos con R3 = R4 = 1 Ohm. (Zener disipará +/- 34W y explotará). Si hace que R3 y R4 sean demasiado altos, es posible que el zener no funcione correctamente (necesitan una cierta cantidad de corriente para zener con el voltaje correcto).
Además, si los otros dispositivos conectados a las señales I²C bajan el bus, el nivel lógico se desplazará hacia arriba.
El objetivo de la protección es limitar el voltaje en los pines SCl / SDA, sin obstaculizar el funcionamiento normal ni destruir los componentes de protección, para un cierto rango de voltajes de entrada.
Su segundo circuito no limita los voltajes en los pines SCL / SDA, por lo tanto, no cumple su propósito.
En el primer circuito, la tensión de entrada se reduce por el divisor de tensión R3 / D1 (o R4 / D2). Para voltajes bajos, D1 no conducirá, por lo que el funcionamiento normal no se verá afectado. Para voltajes de entrada más altos (y voltajes de entrada negativos), D3 reducirá el voltaje a un nivel seguro.
El segundo esquema es inútil.
Primer esquema: Sí, estas resistencias limitan la corriente de entrada, y esto hace que el zener sea capaz de sujetarlo y no disipar demasiada energía. Esto también es útil para pulsos de alta velocidad de giro (es decir, ESD).
Sin embargo, los zeners tienen una alta capacitancia, lo que ralentizará sus señales. Se fabrican diodos especiales para este tipo de protección, con baja capacitancia. Puede encontrar muchas variantes desde 1 señal a paquetes de 8 y más.
Otra forma es usar diodos simples: un diodo para GND y un diodo para el riel de suministro. Los diodos duales SOT23 son bastante baratos y tienen menor capacitancia que los zeners. Los diodos Schottky se encenderán antes que los diodos de protección ESD internos del chip.
Por supuesto, descargar la corriente en el riel VCC puede aumentar su voltaje. Si se espera una situación en la que esto pueda suceder, un problema adicional entre VCC y GND es una solución.
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