Efecto a largo plazo del sobrevoltaje en los diodos de sujeción y el voltaje de referencia del ADC

Estoy contemplando la construcción de un pequeño circuito de monitoreo de voltaje/corriente que necesita monitorear una amplia gama de voltajes y corrientes. Las corrientes serán solo una derivación del lado bajo.

El monitoreo se realizará mediante una serie de entradas ADC en una MCU a 3.3V.

Los voltajes de entrada para el monitoreo de voltaje y la derivación de corriente serán de 0 a 24 V.

Ahora, no solo quiero medir el 0-24V (a través de un divisor de voltaje simple), sino también la parte inferior de ese mismo rango de voltaje (0-3.3V) en mayor resolución, conectado directamente sin el divisor de voltaje. Disposición similar para la derivación de corriente: diferentes divisores de voltaje para medir diferentes rangos de corriente a diferentes resoluciones.

Entonces, estoy pensando que la etapa de entrada más simple para las entradas de sobrevoltaje será una resistencia simple y diodos de sujeción a +3.3V:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Ahora los 10KΩ limitarán la corriente del diodo a un máximo de alrededor de 2mA, por lo que a los diodos no les importará mucho. Mi pregunta es qué sucederá con el voltaje de la fuente de alimentación y, lo que es más importante, con el voltaje de referencia del ADC (podría usar una referencia externa, pero para esto probablemente solo use Vdd) cuando se apliquen 24 V durante un período prolongado de tiempo ( Estoy hablando de horas o incluso días aquí).

¿Debería considerar agregar un desacoplamiento adicional a la entrada de la MCU? ¿Quizás una pequeña resistencia adicional? ¿A la entrada de la MCU (A), o a la conexión diodo->Vdd (B)?

esquemático

simular este circuito

¿Alguno de ellos sería recomendable, necesario o inútil? Dada la pequeña corriente (2 mA), ¿habría algún problema del que preocuparse?

(Las simulaciones que he ejecutado, aunque toscas [falstad], han mostrado que Vdd permanece en 3.3V, pero no confío en él y no tengo PSpice).

Lo que me preocuparía sería que su diodo de sujeción externo posiblemente tenga un voltaje de rodilla más alto que el interno, en cuyo caso la corriente puede fluir a través del interno; muchos probablemente puedan tolerar su 2ma, pero quizás no todos.
Sí, ya lo he considerado. Estaré comprando el más bajo V F Schottky's puedo encontrar para solucionar ese problema. La MCU en cuestión tiene una entrada abs max en cualquier pin IO como VDD + 0.3V, por lo que asumo que los ESD internos tienen 0.3V V F , por lo que buscará diodos de 200 mV.
Un Vf bajo tiende a implicar una mayor fuga, por lo que con 10K en serie y una impedancia de entrada de 1M, es posible que también deba vigilar eso. Por curiosidad, podría sacrificar una MCU para medir el voltaje directo real.
Esas son solo cifras aproximadas por ahora. No estoy seguro de cuál es la impedancia exacta, y los 10K se pueden cambiar a voluntad para adaptarse.
No estoy seguro de lo que hace Resistor-B. He agregado RA a los circuitos opamp, pero solo cuando es forzado. ¿Le importa a la MCU si el suministro varía un poco?
A la MCU no le importa, pero a los resultados del ADC les puede importar, sí. Ciertamente tendré un 1Ω o una perla de ferrita en los pines de suministro analógico, pero no estoy seguro de si necesito preocuparme por el voltaje de entrada principal.

Respuestas (2)

Si ya está extrayendo más de 2 mA del suministro, entonces los 2 mA del diodo de sujeción simplemente reducirán la carga en el suministro en esa medida.

Desde el punto de vista de CC, solo importa cuando normalmente consume menos que la corriente de sujeción porque entonces está retroalimentando el suministro, lo que puede permitir que aumente el voltaje.

Desde el punto de vista de CA, es posible que necesite un poco de filtrado según lo que esté haciendo realmente la entrada de 24 V y qué tan sensible sea el circuito a ese tipo de ruido de suministro.

Aparte de eso, creo que la primera versión es buena.

El suministro sería un LM1117-3.3 [compatible], y la MCU consume del orden de 50 mA la mayor parte del tiempo, por lo que no es un problema. Los voltajes monitoreados podrían ser cualquier cosa; en este momento, me vendría bien monitorear el voltaje y la corriente para un suministro de corriente constante (máx.) de 19 V 2,5 A mientras trato de rescatar algunas baterías SLA agotadas, por lo que bastante estáticas (17,55 V, 164,2 mA en este preciso momento) momento), por lo que no hay componentes de alta frecuencia.

No compre los diodos Vf más bajos que pueda encontrar a menos que no le importe la precisión. Tienes que negociar la precisión (debido a la fuga) frente a Vf. En la práctica, los diodos Schottky garantizarán que no fluya una corriente significativa a través de la red de protección. Algo como un BAT54 es apropiado.

Ahora, los pedantes se quejarán de que la hoja de datos dice algo así como un máximo absoluto de 300 mV y probablemente lo estamos excediendo a bajas temperaturas, pero en realidad no importa porque las caídas de diodo de silicio en la red de protección aumentarán de manera similar, por lo que no habrá una corriente significativa. fluir.

He encontrado algunos razonables a 290 mV Vf, que está justo por debajo de los 300 mV Vf sospechosos de los ESD incorporados. Panasonic DB2730800L: semicon.panasonic.co.jp/ds4/DB27308_BED.pdf - debería hacer bien el trabajo. No estoy demasiado preocupado por la precisión absoluta, y siempre puedo compensar en el software.
Por lo general, pierde 2 uA a 25 ° C y -2.5 V, solo un error del 1%, tal vez no le importe el 1%, pero a 85 ° C es hasta 100 uA (algo así como un error del 50%). Esto no puede ser compensado de manera realista. El BAT54 normalmente tendrá una fuga de 2uA a 75 °C, pero el máximo es 10 veces peor, por lo que podría funcionar para usted, pero...
Efecto a largo plazo del sobrevoltaje en los diodos de sujeción y el voltaje de referencia del ADC
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