Diodo TVS antes ou atrás do resistor

A melhor maneira de proteger os pinos do AVR para mim é o filtro RC e o diodo TVS, mas não sei de uma coisa. Eu vi esquemas em que o diodo TVS estava antes do filtro RC como nos primeiros esquemas.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Porém, antes do resistor, a corrente é maior, de modo que o diodo TVS sopra mais rápido do que na situação em que o diodo TVS estaria atrás do RC, como nos segundos esquemas.

^{simule este circuito}

A pergunta é: Qual a maneira de proteger a entrada do AVR é ​​melhor, primeiro ou segundo?

Você tem três componentes para proteger o AVR, mas todos estão fazendo um trabalho diferente.

O resistor está lá para parar as altas tensões no estado estacionário.

O capacitor é para remover ondulações / RF / transientes lentos.

O TVS é para suprimir transientes rápidos.

Para tirar o melhor proveito de sua proteção, você precisa ter o caminho mais curto (menor indutância) de volta para os impulsos transitórios rápidos (como ESD). Para fazer isso, instale o TVS (o dispositivo de resposta mais rápida) o mais próximo possível da entrada da placa. O capacitor ficaria um pouco mais longe (dependendo do layout e do design) e o resistor (que lida apenas com situações muito lentas ou em estado estacionário) pode estar praticamente no pino do AVR

EDIT: Como algumas das outras respostas foram adicionadas, você pode usar diodos (principalmente diodos Zener) para fixar a tensão do trilho de sinal. A diferença importante entre os diodos Zener e TVS é a velocidade da reação e da dissipação de energia: um Zener prende a tensão em estado estacionário, mas não captura os picos rápidos de ESD ou eventos similares. Um TVS reagirá rapidamente e capturará o pico, mas não foi projetado para lidar com um evento contínuo de sobretensão.

Os resistores são úteis antes e depois do TVS para servir a propósitos diferentes. A tampa pode ser colocada em paralelo com o TVS ou diretamente no pino do processador; o último fornecerá um pouco mais de proteção, mas também fará com que o processador responda mais lentamente às alterações na entrada.

Se a entrada do dispositivo fosse conectada a um capacitor carregado (por exemplo, 100V) e não houvesse resistor, o TVS poderia rapidamente fixar em 6V, mas o diodo de proteção interno do processador teria uma quantidade muito grande de corrente forçada através dele com uma queda de um volt. A grande maioria da energia do capacitor seria dissipada no TVS, mas o processador ainda absorveria uma quantidade prejudicial. Além disso, quase toda a energia precisaria ser manuseada pelo TVS.

Adicionar um resistor entre o mundo exterior e o TVS reduziria a corrente, mas como o resistor teria quase 100 volts, passaria uma quantidade significativa de corrente e essa corrente acabaria fluindo através do diodo de proteção do chip. Como acima, o TVS ajudaria, mas deixaria uma grande quantidade de energia para o chip manipular. Nesse cenário, a maior parte da energia seria dissipada pelo resistor e não pelo TVS, de modo que o TVS seria estressado menos severamente.

A colocação de um resistor entre o TVS e o chip, mas não entre o TVS e o mundo exterior, protegeria o chip, desde que o TVS conseguisse prender a tensão com eficiência, porque o próprio resistor teria apenas alguns volts. O TVS, no entanto, seria absorvido pela dissipação de quase toda a energia do capacitor.

A colocação de um resistor nos dois lados do TVS forneceria de longe a melhor proteção. A maior parte da energia seria dissipada no primeiro resistor, tornando muito mais fácil para o TVS absorver o restante, enquanto o segundo resistor limitaria o pico de corrente alimentado na CPU.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

O circuito acima pode ser simulado, com os relés abertos e fechados para mostrar diferentes combinações de resistores presentes e ausentes. Use o botão "Simulação" e a guia "Domínio do tempo" e "Simulação do domínio do tempo de execução". O traço superior mostra a corrente no diodo de supressão e o "chip" [simulado à direita por um diodo e um resistor ao VDD]. O traço inferior mostra a corrente através do resistor de proteção à direita; isso será zero quando o relé estiver causando um curto-circuito no resistor, mas mostra a corrente em miliamperes em vez de amperes. A adição do primeiro resistor reduz bastante a quantidade total de corrente absorvida pelo diodo e chip de supressão, mas com apenas o primeiro resistor, o chip ainda possui um pico de corrente bastante alto. Adicionar apenas o segundo resistor protegeria o chip muito bem,

Se você alimentar seu dispositivo com uma fonte de 5V, precisará garantir que a tensão de entrada do pino permaneça em determinado intervalo (depreciar na folha de dados). Quando a fonte de tensão de entrada é obtida da mesma fonte de alimentação, você não precisa se preocupar muito com isto.

Mas e se o AVR estiver aceitando sinais digitais de outras fontes, como sensores, outros dispositivos que são alimentados com suas próprias fontes de alimentação. Podemos ter certeza de que a tensão sempre estará dentro de limites seguros? É por isso que você precisa usar dois diodos ESD (D1 e D2) em vez de um TVS para proteger a lógica contra sobretensões e subtensões. E se você espera que a tensão de entrada esteja fora dos limites, precisamos adicionar o resistor limitador de corrente R1 e um capacitor C1 para criar um filtro RC, a parte Resistor serve como resistor limitador de corrente enquanto o capacitor adiciona a filtragem de falhas e descarta os sinais de entrada. .
Espero que isso responda à sua pergunta.

Se você colocar o resistor "fora" (em direção à fonte de energia transitória) do TVS, ele dissipará parte da energia transitória quando o TVS for ligado. Isso permitirá que você use um TVS menor (classificação energética mais baixa).

Olhe isto deste modo:

1. O transitório ocorre e não há fluxo de corrente, mas uma alta voltagem aparece nos dois lados do resistor.
2. O TVS vê essa alta tensão e conduz ao terra.
3. Isso é efetivamente um curto-circuito, e agora a corrente começa a fluir através do resistor e do TVS para o terra.
4. As perdas de IV no resistor dissipam o transiente como calor
5. A corrente máxima vista pelo TVS é limitada a V (transitória) / R

O segundo.

Com esse layout, você está protegendo o microcontrolador de danos e também protegendo o sinal de entrada do curto-circuito para o terra através do TVS quando está travando um transiente.

Editar:

@Puffafish está certo. Você obterá a melhor proteção colocando o TVS na entrada do sinal. Então o primeiro layout é melhor.

De qualquer forma, colocar um resistor antes do TVS tem o benefício de proteger o sinal de entrada (e o próprio TVS).