DS2480B de 1 cable contra sobrevoltaje y protección ESD

Estoy diseñando una serie de componentes de 1 cable para mi SmartHome Bus y uso el DS2480B como Busmaster. Debido a que el cable que paso por la casa tiene 3 hilos (24 V, 1 hilo, GND), me gustaría proteger el DS2480B de la sobretensión provocada por un cortocircuito accidental en las líneas de 24 V y DQ. Si es posible, el diseño también debe proteger el Busmaster de ESD.

Tenga en cuenta que no uso la programación de EEPROM de 12 V, por lo que el voltaje en la línea de 1 W nunca debe exceder los 5 V durante el funcionamiento normal. El DS2480B tiene una clasificación máxima absoluta de 14 V en la línea de 1 W.

Este es el circuito original propuesto por Maxim para RC-Filter la línea de 1W y para proteger el DS2480B de ESD:

Circuito original DS2480B

Creo que no puedo usar el DS9503 porque requiere que tanto GND como 1W pasen por el paquete. Debido a que tengo componentes adicionales más abajo en el bus que consumen varios 100 mA de corriente (de 24 V) y el DS9503 tiene una corriente máxima a través del paquete de 80 mA, no puedo conectar GND a través del DS9503.

Así que se me ocurrieron los siguientes diseños:

  1. Use un Polyfuse en serie con la resistencia (reduzca la resistencia para que la resistencia + R_Fuse =~ 62) y agregue un diodo Zener entre el DS2480B y la resistencia. Protege con Zener y FuseSi se conectan 24 V a la línea de 1 W, el Zener cortocircuitará el exceso de voltaje a GND y dejará que el fusible se dispare. Problemas/Preguntas:

    • ¿Es esto factible?
    • ¿Qué tipo de Zener y Fuse necesitaría usar para que el Zener sobreviva al golpe y el Fuse agregue una resistencia baja y confiable durante el funcionamiento normal?

  2. Igual que 1., pero agregue un Mosfet tipo P entre el fusible y la resistencia. Protege con Zener, Fuse y MosfetAhora, el Mosfet cortocircuitaría los 24 V a GND, lo que haría que el fusible se disparara más rápido y quitara la carga de la resistencia y el Zener. Sin embargo, el Mosfet tiene que recibir el golpe esta vez. Sin embargo, incluso los Mosfet más pequeños pueden tomar corrientes máximas continuas de 0,8 A y pulsadas de 5 A, por lo que deberían estar bien.

  3. Utilice un fusible Polyzen como TE ZEN056V075A48LS. Proteger con PolyZen-FuseProblemas/Preguntas:

    • Durante el funcionamiento normal, la corriente fluiría de V_OUT a V_IN a través del paquete. ¿Es esto un problema?

¿Qué diseño recomendaría o qué tipo de dimensiones para los componentes usaría? Además: ¿Cómo protejo todos los componentes de ESD? ¿Puedo seguir usando el DS9503 y simplemente conectar uno de los pines GND (y si es así, cuál)? ¿o ambos?

Por supuesto, si tienes mejores ideas, soy todo oídos.

¡Muchas gracias por adelantado!

¿Por qué estás alimentando 24V y no (digamos) 5V?
varias razones: 24 V es un voltaje común en los hogares inteligentes, por lo que hay muchos componentes que funcionan con él (como interruptores con pantallas, detectores de presencia, detectores de humo, etc.). Ya tengo fuentes de alimentación de 24 V en mi caja de fusibles. Además, estoy ejecutando muchos relés fuera del riel de 24 V; a veces, la corriente suma hasta 300 mA. Dado que el bus es bastante largo (hasta 100 metros), y proporcionar 24 V * 300 mA = 7,2 W en un riel de 5 V de 100 m requeriría un diámetro de cable ridículo.
¿Las comunicaciones de 1 cable son adecuadas para hasta 100 m?
maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5026 esto puede ser adecuado con modificaciones
depende un poco de la estructura de la red, pero sí, 1 cable puede hacer hasta 200 m de peso de red con el DS2480B como controlador; con controladores personalizados puede ir incluso significativamente más alto que eso. El problema con el mosfet de modo depl es que tiene una caída de voltaje directo de hasta 2 V, y ya lo uso para proteger a todos mis esclavos; no puedo tener dos de ellos en serie. A menos que tenga una buena propuesta de cómo modificar el circuito.
¿Quizás mostrar un circuito de lo que tienes usando el modo de agotamiento fet?
Hago exactamente eso: maximintegrated.com/en/images/appnotes/5026/5026Fig02.gif Funciona muy bien, pero hay una caída de voltaje a través del mosfet. Además, al mirar el busmaster, el voltaje proviene de la "dirección incorrecta", es decir, de la fuente del mosfet en lugar del drenaje.
Ese circuito realiza protección contra sobrevoltaje siempre que el FET tenga una clasificación superior a 24 V; este es el tipo de circuito que se consideró inicialmente en el enlace máximo que publiqué. No entiendo el problema que mencionaste sobre la "dirección incorrecta".
En funcionamiento normal, la corriente fluye desde el Busmaster a la red de 1 W (los esclavos cortocircuitan 1 W a GND para la comunicación). Sin embargo, al conectar 24 V a 1 W, la corriente fluiría hacia el Busmaster, es decir, ¡desde la fuente del mosfet hacia el drenaje! Además, el mosfet tiene una caída de voltaje de ~ 1.5V. Por lo tanto, tendríamos una caída de voltaje total de 3V que rompería la comunicación.
Lo siento, no puedo acceder al chat en el trabajo!!

Respuestas (3)

Algo vital para recordar cuando se alimentan dispositivos que consumen mucha corriente en el cable del bus, es que la elevación a tierra rápidamente se convierte en un problema, es decir, la diferencia de voltaje DQ-GND disminuye ya que las cargas de 24 V elevan la GND.

Si usa un cable CAT5, esto puede mitigarse usando múltiples cables para GND. Pero con varios cientos de mA en el cable de retorno, no estoy seguro de que sea suficiente.

Un ejemplo local: encender un LED de 20 mA con un DS2408 en el otro extremo de mi red doméstica de ~ 80 m fue suficiente para inutilizar toda la red, apagar y encender era la única forma de recuperarla. Cuando se usan tres cables GND en lugar de uno (en el CAT5), funciona de maravilla. No estoy seguro del resto de la carga en la red, pero son más de 20 DS18B20 y algunos DS2406, nada especial.

(Lo siento, no tengo suficiente reputación para comentar, por lo que usar Respuesta incluso si no es una Respuesta...)

ese es un comentario justo, no he pensado en esto todavía, gracias por el aporte. Estoy usando un cable KNX-Bus que tiene una sección transversal de cable de 0,5 mm^2 (en todos los cables), lo que equivale aproximadamente a 2,5 cables CAT5. Hasta ahora todo transcurría sin problemas con corrientes de unos 150mA. Pero mis esclavos están dispersos, por lo que la distancia máxima desde la fuente es probablemente de solo 30 metros, mientras que fácilmente tengo 100 m de peso de red (es decir, la cantidad total de cable conectado a 1 W)
Interesante escuchar en otra configuración! A 30 m, la caída de voltaje probablemente no sea tan grande, como con mis ~80 m. En un caso anterior, tenía un relé en el medio del bus (¿~40 m?) Que cuando se activó, también derribó el bus. Sin embargo, nunca lo intenté con múltiples motivos en ese momento.

Ahora uso un Mosfet de modo de agotamiento para protección contra sobrevoltaje con poca resistencia (Maxim usa un DN3135 en algunos ejemplos que tiene alrededor de 35Ω, pero descubrí que el BSS159N de Infineon tiene incluso típicamente 3Ω a V(gs)=0V). Conecto el Gate a la línea VCC del chip que siempre es de 5V.

El mosfet se apaga aproximadamente a V(gs)=-3V (máx.), por lo que el voltaje máximo al que debe estar expuesto el chip es de 8V. Debido a que el Mosfet tiene un voltaje de separación de 60 V, mi protección de polaridad de 24 V no es un problema. Para la protección ESD, utilizo un diodo TVS con separación de 24 V y baja capacidad (<10 pF), ya que la capacidad es el enemigo de los buses largos de 1 cable.

Espero que esto ayude a alguien en el futuro

¿Puede compartir los diseños de su solución para la protección contra sobretensiones?

Mirando esto por mí mismo; parece que la mejor respuesta es un polifusible PTC de baja corriente (como un Bel 0ZCM0001FF2G) en serie con una resistencia de balasto de ~ 50 ohmios, tanto frente a Zeners como Vdd / Vss, podría ser el "mejor". Como alternativa, Bourns tiene su serie TBU de dispositivos de protección de línea de datos de 2 terminales.

Si entiendo correctamente la respuesta final, no creo que funcione una topología DMOS. Parece que no están considerando el diodo del cuerpo (conducción entre la fuente en la dirección del drenaje). Además, Vgs, max es +/- 20 V, por lo que incluso si el cuerpo pudiera conectarse en otro lugar, la puerta fallaría mucho antes que el Vds ,max está cerca de la violación.

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