Como é esse circuito para interface de sinal de 20V com microcontrolador 3v3

Projetei o seguinte circuito para conectar um sinal de 12 a 20V a um microcontrolador rodando em 3,3 volts. O sinal é 20V ou circuito aberto.

Quero que o circuito seja o mais resiliente possível. Deve ser capaz de lidar com EMI e ESD.

o circuito

R1 é limitar a corrente e polarizar o transistor.
C1 é implementar um filtro passa-baixo.
R2 é usado para puxar a base do transistor e descarregar o capacitor C1, a entrada de 20V é 20V ou circuito aberto.
D1 é usado para proteger o transistor da tensão negativa na base.
R3 é puxar o pino do microcontrolador.

Quaisquer comentários e melhorias neste circuito são bem-vindos.

Pergunta secundária : Qual é a tensão positiva máxima que esse transistor pode tolerar. A folha de dados indica que a corrente base de pico é de 100mA. Se a base for mantida em 0,7 volts, a entrada poderá chegar a 1000 volts (10k ohm * 100mA). Mas se a entrada for de 1000 Volts, o divisor de potencial transforma a tensão na base em 500 volts. E o Vcb máximo de acordo com a folha de dados é de 60 volts.

— Hassan Nadeem
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A base para o diodo emissor carregará o divisor resistivo, limitando sua tensão de saída para cerca de 0,7V. Portanto, no caso de alta tensão de entrada, você pode negligenciar o R2 para calcular a tensão de entrada. A corrente através de R2 será de aprox. 0,7 / 10k = 70uA, portanto, a tensão de entrada na prática depende apenas de 100mA × 10k. Mas tenha cuidado com a dissipação total de energia.

— jippie

O diodo é polarizado inversamente, deve ser conduzido em caso de tensão negativa. Eu preciso do R2 para descarregar o capacitor de qualquer maneira.

— Hassan Nadeem

Estou digitando sobre a base interna para o diodo emissor. Você está familiarizado com o funcionamento de um BJT?

— jippie

@jippie meu mal, eu pensei que você estava falando sobre D1.

— Hassan Nadeem

Também estou muito interessado na interface do sinal da bateria / alternador do carro, você já pensou em usar acopladores ópticos? Eles são basicamente os mesmos que você tem aqui, uma interface no estilo BJT. Pretendo usar um divisor de tensão simples com fixação por sobretensão do diodo zener (após o divisor!) E valores de resistores altos o suficiente para que o diodo zener sobreviva a condições "ON" prolongadas, se isso acontecer. Eu também terá um capacitor baixo filtro de ESR em cada entrada para lidar com picos de tensão ...

— KyranF

Respostas:

Parece bom para mim. O diodo inverso D1 é uma boa ideia. Se você tiver um mínimo de 12V disponível, poderá reduzir um pouco o R2. Este circuito tem um limite de talvez 2V, você pode facilmente dividir o R2 ou dobrar o R1.

No caso de sobretensão extrema momentânea, a tensão do emissor de base (polarização direta) não aumentará acima de um volt ou mais, mesmo com 100mA. Parece outro diodo em paralelo inverso ao D1. Uma das vantagens de um BJT nesta aplicação. A limitação é mais provável que seja a classificação de tensão de R1.

Se você deseja considerar uma sobretensão sustentada , pode ser necessário considerar a potência nominal de R1. Se algum idiota o conectar à rede elétrica (geralmente podemos assumir que cerca de 240VCA é a maioria dos idiotas de tensão, eles também terão acesso - idiotas com acesso a tensões mais altas são um tipo de problema de auto-eliminação), então o R1 dissipará quase 6W, portanto teria que ser uma parte fisicamente grande. Você pode resolver esse problema aumentando o valor de R1 para que uma parte menor possa ser usada.

— Spehro Pefhany
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Única fonte de sobretensão é EMI. Então eu acho que os resistores padrão funcionariam bem. Não segui o primeiro parágrafo do seu comentário. Eu tenho um mínimo de 12V disponível (vem de uma bateria de carro), mas não entendo o que reduzir o R2 faria. Cuidado ao elaborar?

— Hassan Nadeem

Comuta em cerca de 2V, que é um pouco baixo (6V deve ser bastante baixo o suficiente para uma bateria de carro), então talvez você queira mudar o limiar para 4V ou mais. Acrescenta um pouco de imunidade a ruídos. Freqüentemente, você verá uma série Zener em circuitos industriais por esse motivo, mas acho que apenas a troca de um resistor 2: 1 é aceitável neste caso.

— Spehro Pefhany

@SpehroPefhany LOL sobre os idiotas auto-elimináveis. O único comentário adicional é o tempo de resposta. Com os valores relativamente altos da tampa e do resistor, o OP pode querer ter certeza de que o circuito reage com rapidez suficiente para a aplicação. Ele menciona especificamente a filtragem passa-baixo, então provavelmente já a considerou, mas não pode machucar verificar duas vezes.

— John D

Eu mesmo projetei um circuito muito parecido quando precisei de algumas entradas "robustas". No entanto, usei R1 = R2 = 100k (em vez de 10k). Realmente não é preciso muita corrente de entrada para saturar Q1 com R3 = 10K. Reduza C1 pelo mesmo fator se quiser manter a mesma frequência de canto.

Se você deseja que alguma histerese melhore as características de comutação, considere colocar um resistor de 100Ω entre o emissor e o terra do Q1 e, em seguida, amarrar a extremidade inferior do R2 nessa junção.

— Dave Tweed
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+1 para o método de adição de histerese. É incrível o que o menor sussurro de feedback positivo pode fazer para acalmar entradas lentas e / ou barulhentas.

— 22614 Russell McMahon

O circuito parece bom para uso não muito exigente.
Em extremos extremos, pode gaguejar.

A resposta de frequência ao sinal de entrada e os tempos aceitáveis de subida e descida não foram especificados e, se necessário, devem ser conhecidos.

Vbe de Q1 prenderá a base em ~ = 1V máx.
Ibe pode ser limitado usando, digamos, dois diodos da junção R1-R2 ao terra e um pequeno resistor (digamos 100 Ohm) deste ponto para a base Q1, de modo que os diodos fixem transientes Vin maciços a cerca de 1,5 - 2 V e base dos grampos do transistor para dizer 0.7V.
Exemplo: Se um transitório direcionar a entrada para 1000V, I_R1 = 100 mA.
Se dois diodos prenderem a extremidade inferior do R1 superior, dizer 2V, a corrente de base será então
(2V-Vbe) / 100R = 13 mA.
Os valores podem ser ajustados para se adequarem.

Os resistores possuem classificações de tensão independentes da dissipação.
Em tensões muito altas, a tensão nominal de R1 se torna importante.
A dissipação em R1 é ~ = V ^ 2 / R, então 1 Watt a 100V com R1 = 10K.
Em 1000V R1, a dissipação é V ^ 2 / R = 1.000.000 / 10.000 = 100 Watt.
Você não gostaria de ter esse presente por muito tempo ou precisava fornecer um resistor capaz de lidar com esse estado estacionário.
Isso NÃO é necessário para ESD. Se você já teve uma situação em que a tensão muito alta pode estar ocasionalmente presente por mais de milissegundos, você pode usar uma entrada comutada que se desligou em condições de tensão muito alta.

Se os tempos de resposta não precisarem ser altos, o valor de R1 pode ser aumentado para se adequar a condições de tensão mais altas.

— Russell McMahon
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