Ochrana proti přepětí CMOS vstupů/výstupů

[query]

Ahoj, chci se zeptat na zapojení, kterým chráníte IO piny na deskách, které navrhujete.

Co jsem hledal, tak nejčastěji se doporučuje zapojení viz obr.


To mi ale nepřijde moc šťastné řešení u zařízení, které jsou napájeny např. 5V/100mA stabilizátorem.
Pokud u takového zapojení přivedu na vstup např. 12V, tak D3 přivede na stabilizátor 7V o opačném směru, ten jde do kytiček, tím se vyřadí D3 a 12V si to peláší přímo do IO, kde proteče na zem a tím pádem i celé MCU je v....
Šlo by samozřejmě použít větší R1, ale to zase není ideální, pokud je IO ve stavu OUT a má tam protéct nějaká mA.

Používáte nějaké ochranné obvody na "obousměrných" pinech?
Nebo máte všechno pevně definované a dané optočleny?
Nebo jinak ?

[Zaky]

Pokud nevadí kapacita, tak proti zemi transil a případně v závěrném směru schottky diodu kvůli opačné polaritě. Pokud je těch I/O hodně, tak použij ty diody a transil dej na napájecí větev, aby přepětí nemohlo přizvednout stabilizátor.

[Michal22]

U nás se například používají tyto: https://cz.mouser.com/ProductDetail/Bou ... fm8A%3D%3D
Máš to v jednom pouzdře.
Pokud se před odporem objeví 12V, tak za ním bude stabilně nějakých cca 6V.

[ZdenekHQ]

U těch malých napětí je s transilama ve vstupech problém (jejich Ubr je vůči pracovnímu napětí poměrně vysoký), to už jsou lepší ty diody + transil v napájení. Nebo zenerka, ale tam se musí pohlídat parametry (tj. pohlídat si "koleno"), nejde je libovolně zaměňovat jen podle stejnýho napětí. Ony to vlastně čistokrevné "zenerky" ani nejsou.

[query]

No všechny tyhle řešení pomocí zenerek nebo TVS jsou dobrá proti výboji.
Ale pokud na vstup připojím tvrdý zdroj, tak je prorazím a jsem zase u toho případu jako předtím....
Přesně tohle se mi právě teď stalo.
Mám 40 vstupů / výstupů na 5V.
Všechny jsem "ošetřil" zapojením, které jsem zmiňoval.
PCB byl napájený ze zdroje se dvěma výstupy se společnou zemí 24V a 5V a na PCB malý stabilík.
Když jsem drátoval, tak jsem se přehmátl a připojil 24V na vstup bez děliče.
Ještě jsem nedělal rozborku, ale počítám, že všechny periferie na pcb budou v čudu.

[ZdenekHQ]

Musíš dát ten seriovej odpor takovej, aby se to nestalo. Já třeba při 3V3 vstupech musím počítat s 12V jako provozním napětím. Ale musí to fungovat i při 3V3 a nesmí to být orloj.

Ono se to často lehce řekne, ale špatně dělá. Například ochrana výstupů je docela lahůdka. A pak se přižene někdo, kdo tvrdí, že přidáním seriového odporu 200R na I2C sběrnici ji "znefunkčním".

[Zaky]

Nechápu, proč by všechny periferie měly být KO. Pokud se prorazí transil, tak do šlusu, pokud to napětí před průrazem transilu jinak obvody vydrží, tak po výměně transilu vše jede dál. Pokud to jako první nevydrží periferie, tak je tam transil na nic. Je jasné, že pokud může být v cestě poměrně velký odpor, který omezí proud, tak je to pohoda, pokud ne, je to horší. Pokud je zdroj tvrdý nad rozumné meze, tak buď proud musí něco omezit, nebo odpojit, v tom případě se může použít pojistka, nebo třeba alespoň "čínská pojitka", tedy cíleně zúžené místo na DPS, což už jsem také použil a při opravě se to případně předrátuje. Má to sice celkem neznámou vypínací charakteristiku, ale alespoň neshoří celá deska.

[ZdenekHQ]

S těma pojistkama na DPS je to ošemetný. Třeba extrém - pro vícevrstvou DPS se pro vodič 0.1mm mezi dvěma vrstvama napájecí mědi uvádí povolený PRACOVNÍ proud až 1A.

[Zaky]

Proto také píšu o neznáme vypínací charakteristice. Buď dám pojistky, klidně připájené SMD, nebo, když z prostorových, nebo cenových důvodů nemohu a mohu si dovolit použít předimenzované dráhy a zeslabení, tak to prostě přehoří v tom zeslabeném místě a ne, že se přehřeje a oloupe úplně celá dráha, kterou proteče poruchový proud. Na 100% se nedá ochránit nic, ale lze zvýšit šance na jistou odolnost proti přepětí nebo minimalizovat škody a umožnit snadnou opravu. V průmyslové elektronice by se mělo s "nestandardními stavy" pokud možno počítat, často tomu ublíží pracovník omylem nebo z důvodu neznalosti, opravuji takových legrací dost. A zásadně záleží, jak je to udělané, nechráněná odstřelená brána MCU je ta nejhorší a neopravitelná varianta, protože naprogramovaný MCU nelze vyměnit a musí se měnit celá deska, vážně poničený DPS také není nic dobrého. Naproti tomu vyměnit proražený transil, spálenou pojistku či ochranný rezistor, to není takový problém.

[rnbw]

APC v malych UPS tiez pouziva kus drahy na plosaku ako poistku. Na doske je miesto na poistku, pri nom napis 5A/250V ale namiesto poistky je medzi dierami cesta. Ked sa to prepali, pri oprave staci osadit poistku.

[ZdenekHQ]

Já jsem třeba zjistil, že je levnější tam dát "jakoby" SMD pojistku (třeba kvůli zkušebně), ale místo ní dát jeden drát z XSA plochýho modrýho kabelu, kterýho mám hromadu.

Když jsem dělal destruktivní testy na 230V, chovalo se to mnohem slušněji, než pojistka na DPS. Ona totiž SMD pojistka se většinou dělá na 125V, na 230V to bývá pěkná nudle.

Ale košer to není. Já jen, že takový drát hoří kolem 1A při délce kolem 6mm.

P.S. Jo - a proč jsem to použil, když ten můj spínanej zdroj do DPS má vlastní ochranu? Protože přes něj byl varistor a oni to dokázali zapojit mezi fáze. DPS samozřejmě zafungovala jako pojistka, ale poněkud neopravitelně. Takhle se to koncentruje do jednoho bodu.

[termit256]

Ono si musis hlavne ujasnit co a proti cemu chces chranit. Bude to vypadat uplne jinak kdyz budes chtit chranit vstup pro tlacitko proti "staticke elektrine" nebo USB3 proti sitovemu napeti.
Obavam se, ze nejake spolehlive, jednoduche, levne a univerzalni reseni neexistuje. Delaji se na to i specializovane obvody.
https://www.ti.com/interface/circuit-pr ... rview.html
https://www.maximintegrated.com/en/prod ... =interface