抵抗器の前または後ろのTVSダイオード

私にとってAVRピンを保護するための最良の方法は、RCフィルターとTVSダイオードですが、1つだけはわかりません。TVSダイオードが最初の回路図のようにRCフィルターの前にある回路図を見ました。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ただし、抵抗器の前は電流が大きいため、TVSダイオードは、2番目の回路図のようにRCの後ろにあるTVSダイオードの場合よりも速く溶断します。

^{この回路をシミュレート}

質問は：AVR入力を保護する方法として、最初と2番目のどちらが良いですか？

AVRを保護するためのコンポーネントが3つありますが、それぞれが別の仕事をしています。

抵抗は、定常状態の高電圧を停止するためにあります。

コンデンサは、リップル/ RF /遅い過渡を取り除くためのものです。

TVSは高速トランジェントを抑制するためのものです。

保護を最大限に活用するには、高速過渡インパルス（ESDなど）に戻る最短（インダクタンスが最も低い）パスが必要です。これを行うには、ボードへの入力のできるだけ近くにTVS（最速応答デバイス）を取り付けます。コンデンサは（レイアウトとデザインに応じて）少し長くなり、抵抗（非常に遅い、または定常状態の状況のみを処理します）は、AVRのピンにほぼ接続できます。

編集：他の回答の一部が追加されているので、ダイオード（主にツェナーダイオード）を使用して信号レールの電圧をクランプできます。ツェナーダイオードとTVSダイオードの重要な違いは、反応速度と電力損失です。ツェナーは定常状態で電圧をクランプしますが、ESDまたは同様のイベントからの急激なスパイクをキャッチしません。TVSは素早く反応してスパイクをキャッチしますが、継続的な過電圧イベントを処理するようには設計されていません。

抵抗器はTVSの前後でさまざまな目的に役立ちます。キャップはTVSと平行に、または直接プロセッサピンに配置できます。後者の方が保護はいくらか強化されますが、入力の変化に対するプロセッサの応答が遅くなります。

デバイスへの入力が充電済みのコンデンサ（100Vなど）に接続されていて、どこにも抵抗がない場合、TVSはすぐに6Vにクランプする可能性がありますが、プロセッサの内部保護ダイオードに非常に大きな電流が流れます。 1ボルトの電圧降下があります。コンデンサからのエネルギーの大部分はTVSで消費されますが、プロセッサは損傷を与える量を吸収します。さらに、ほとんどすべてのエネルギーをTVSで処理する必要があります。

外界とTVSの間に抵抗を追加すると、電流が減少しますが、抵抗の両端の電圧はほぼ100ボルトであるため、かなりの量の電流が流れ、その電流がチップの保護ダイオードに流れます。上記のように、TVSは役立ちますが、チップが処理するために大量のエネルギーを残します。このシナリオでは、ほとんどのエネルギーがTVSではなく抵抗によって消費されるため、TVSのストレスはそれほど大きくありません。

TVSとチップの間に抵抗を配置し、TVSと外界の間に配置しないと、抵抗自体が数ボルトしかないため、TVSが電圧を効果的にクランプできれば、チップが保護されます。ただし、TVSは、コンデンサからのエネルギーのほとんどすべてを放散する必要があります。

TVSの両側に抵抗を配置することは、断然最高の保護を提供します。エネルギーのほとんどは最初の抵抗で消費され、TVSが残りを吸収するのをはるかに容易にし、2番目の抵抗はCPUに供給されるピーク電流を制限します。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

上記の回路はシミュレーションでき、リレーを開閉して、抵抗器のさまざまな組み合わせの有無を示します。「シミュレーション」ボタンと「時間領域」タブ、および「実行時間領域シミュレーション」を使用します。上のトレースは、抑制ダイオードと「チップ」（右側でダイオードとVDDへの抵抗によってシミュレート）の電流を示しています。下のトレースは、右側の保護抵抗を流れる電流を示しています。リレーが抵抗を短絡するとゼロになりますが、電流はアンペアではなくミリアンペアで表示されます。最初の抵抗を追加すると、抑制ダイオードとチップによって吸収される電流の合計量が大幅に削減されますが、最初の抵抗だけでは、チップのピーク電流はかなり高くなります。2番目の抵抗を追加するだけで、チップがかなり保護されます。

5V電源でデバイスに電力を供給する場合は、ピン入力電圧が特定の範囲内にあることを確認する必要があります（データシートで非推奨）。入力電圧源が同じ電源から取得される場合、それほど心配する必要はありません。それ。

しかし、もしAVRがセンサーのような他のソースからのデジタル信号、独自の電源で電力を供給されている他のデバイスを受け入れているとしたらどうでしょう。電圧が常に安全範囲内にあることを確認できますか？これは、ロジックを過電圧および低電圧から保護するために、1つのTVSではなく2つのESDダイオード（D1およびD2）を使用する必要がある理由です。また、入力電圧が制限値を超える可能性がある場合は、電流制限抵抗R1とコンデンサC1を追加してRCフィルターを作成する必要があります。抵抗部分は電流制限抵抗として機能し、コンデンサはグリッチのフィルタリングを追加して入力信号をデバウンスします。。
これがあなたの質問に答えてくれることを願っています。

TVSの「外側」（過渡エネルギーの発生源に向かって）に抵抗を配置すると、TVSがオンになったときに過渡エネルギーの一部が消費されます。これにより、より小さな（エネルギー定格が低い）TVSを使用できます。

このように見てください：

1. トランジェントが発生し、電流は流れませんが、抵抗器の両側に高電圧が発生します。
2. TVSはこの高電圧を検知し、グランドに導通します。
3. これは実質的に短絡回路であるため、電流が抵抗とTVSを介してグラウンドに流れ始めます。
4. 抵抗のIR損失は、過渡電流を熱として放散します
5. TVSから見た最大電流はV（transient）/ Rに制限されています

二つ目。

このレイアウトでは、マイクロコントローラーを損傷から保護し、過渡信号をクランプしているときにTVSを介して入力信号がグランドに短絡するのを防ぎます。

編集：

@Puffafishは正しいです。TVSを信号入力に配置すると、最高の保護が得られます。したがって、最初のレイアウトの方が優れています。

とにかく、TVSの前に抵抗を配置すると、入力信号（およびTVS自体）を保護できるという利点があります。