¿Es suficiente la protección contra ESD y sobrevoltaje para mi circuito ADC?

Actualmente estoy construyendo un dispositivo de registro de datos para monitorear paquetes de baterías que contienen 8 celdas de litio. El dispositivo registrará periódicamente los voltajes de las 8 celdas, así como las temperaturas de registro recopiladas de 3 termistores. Mi dispositivo tiene un microcontrolador de la serie STM32L.

A partir de ahora, estoy tratando de averiguar cuál debería ser el circuito de entrada para el ADC. Debido a la naturaleza de alta potencia del sistema, y ​​que contiene dos motores industriales grandes que están sujetos a cargas variables, asumo que el paquete de baterías estaría sujeto a picos de corriente y voltaje alto. Tomaré toques de cada celda y lo conectaré a mi dispositivo.

En términos de protección, investigué un poco y descubrí que probablemente debería buscar TVS y diodos de sujeción como medios de protección. El rango de entrada que debe medirse es 0-32V. He estimado el siguiente circuito:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El diodo TVS es SMAJ33A ( http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/tvs_diodes/littelfuse_tvs_diode_smaj_datasheet.pdf.pdf ) con un voltaje de separación de 33 V y un voltaje de sujeción máximo de 53,3 V a 7,5 A ( Ipp). No estoy seguro de cómo seleccionar el diodo TVS (¡o incluso si necesito uno!), por lo que realmente agradecería cualquier consejo al respecto. Para la parte del diodo de sujeción, ¿estoy siguiendo la protección de entrada ADC? . He seleccionado diodos de barrera Schottky dual Bat54S. Esto es para proporcionar protección contra sobrevoltaje.

¿Cree que mi elección de protección de circuito es suficiente para esta aplicación? Cualquier consejo será apreciado. ¡Gracias!

Asegúrese de que sus diodos de protección no tengan fugas
La corriente de fuga es 1uA @ el voltaje de separación (33V) según la hoja de datos de TVS. ¿Es esto suficiente para afectar las lecturas de ADC?
Estoy de acuerdo con otros colaboradores, elimine los diodos, pero también elimine los TVS, solo puede fallar si está demasiado estresado pero no tiene un gran beneficio. Solo asegúrese de que R1 pueda soportar las sobretensiones esperadas (es decir, no elija un 0603 o similar) y mueva C1 a la entrada opamp, filtra cuanto antes mejor para EMI y también ayuda a derivar las sobretensiones.
Está bien, gracias. Si elijo un 0805 clasificado en 0.5W, ¿esto debería ser suficiente con suerte?
Verifique el voltaje máximo de la resistencia y la capacidad de sobretensión con su sobretensión esperada. Notas al margen 1. Las resistencias a menudo están mal especificadas AFA su capacidad de sobretensión, puede optar por una resistencia caracterizada de sobretensión específica (todos los proveedores tienen productos específicos) o hacer pruebas y conjeturas informadas sobre las "normales". Los primeros no son significativamente más caros que los normales, pero puede resultar difícil asegurar que los ensambladores compren exactamente el número de pieza que eligió. Depende mucho de lo que hay detrás. 2. Muy a menudo, la parte más difícil es adivinar cuál puede ser la sobretensión esperada, en caso de duda, adhiérase a algún estándar IEC apropiado.

Respuestas (1)

El componente más importante que debe estar allí es R1 y es de 100 k ohmios, por lo que está listo para comenzar. Cualquier IC, incluido el AD820, ya tendrá diodos de protección ESD en su entrada. Agregó diodos BAT54 adicionales en paralelo a ellos, eso no dolerá, pero tampoco son realmente necesarios.

Esos diodos ESD internos (en el chip) protegerán el chip lo suficiente siempre que limite la corriente, lo que hace con R1.

El TVS D2 solo ofrecerá protección adicional siempre que haya algo (como resistencia en serie) presente para limitar la corriente. Si el voltaje de entrada es suficiente para hacer que D2 conduzca pero la corriente no está limitada de alguna manera, D2 se autodestruirá.

Entonces: en general, su esquema me parece bien, podría eliminar algunos componentes si desea ahorrar costos, pero también funcionará como está ahora.

¡Muchas gracias por tu consejo! Eliminaré los diodos BAT54 por lo que ha explicado, realmente no hay razón para ellos. Para el diodo TVS D2 por lo que entiendo ahora, ¿será inútil si no agrego una resistencia en serie antes? si agrego, digamos una resistencia de 1k, ¿sería suficiente?
El TVS solo es útil si desea que se ocupe de los picos de baja corriente, etc. Pero como mencioné, la protección de R1 y la protección ESD incorporada del chip AD son suficientes, realmente no necesita ese TVS . Un TVS podría ser útil si su diseño requería que R1 tuviera un valor mucho más bajo, como 1 kohm. Pero los 100 kohm que tiene básicamente se encargan de que la corriente nunca pueda exceder los valores dañinos.
Bien, creo que ahora entiendo. Entonces, de hecho, ya hay diodos de recorte / TVS integrados en el chip AD, sin embargo, solo podemos inyectar una corriente muy pequeña en las entradas, ¿entonces mi gran resistencia de 100K está poniendo un límite de corriente lo suficientemente grande? Después de investigar un poco más, parece que el estándar de la industria es IEC 61000-4-2. Si tomo el estándar de 8kV, entonces la corriente está limitada a (8kV/100000) = 80mA (parece que todavía es demasiado alta para esto), pero ¿es esta la línea de pensamiento correcta?
Además, revisé la hoja de datos de STM32 y parece que también tiene protección ESD en todos los pines. También verifiqué en la hoja de datos STM32 y dice "La descarga electrostática (ESD) (positiva y negativa) se aplica a todos los pines del dispositivo hasta que ocurre una perturbación funcional. Esta prueba cumple con el estándar IEC 61000-4-2". ¿Significa esto que sería seguro contra ESD si quitara el búfer OpAmp y el filtro RC, y solo tuviera en efecto la resistencia de 100K entre la entrada del usuario expuesta y el pin de señal ADC?
Sí, TODOS los circuitos integrados tienen protección ESD, la necesitan. Sin él, los circuitos internos se dañarían con demasiada facilidad. Sí, su cálculo de 80 mA es correcto. Pero tal pulso ESD de 8 kV es muy corto . Cuando un pulso ESD golpea el pin de un chip directamente, pueden fluir hasta 4 A. Sí, eso es 4 A. Pero la protección ESD en el chip está diseñada para manejar eso. Entonces, realmente, un pulso de 80 mA no es nada.
¿Significa esto que sería seguro contra ESD si quitara el búfer OpAmp y el filtro RC, y solo tuviera en efecto la resistencia de 100K Con respecto a la protección ESD: sí, como el STM32 ya tiene protección ESD incorporada, la resistencia de 100 k simplemente protéjalo aún más. Si llegaría a 8 kV con eso, no estoy seguro. Podría ser que una pequeña resistencia de 100 k se "arquee", es decir, que no puede manejar un pulso de 8 kV. Una solución sería colocar 2 o más resistencias en serie como 4 * 20 kohm y no usar el tipo más pequeño. Tendría que buscar las clasificaciones ESD de las resistencias.
Con respecto al opamp y el filtro: aún podría ser necesario, no para ESD, pero si el ADC necesita algo de corriente de entrada (si no tiene una impedancia de entrada muy alta), la señal podría necesitar almacenamiento en búfer. También algunos filtros pueden ayudar. Si el ADC del STM32 tiene una impedancia de entrada alta, también puede hacer un filtro RC con la resistencia de 100 k y un pequeño capacitor a tierra en el pin de entrada del ADC.
Muchas gracias por tu ayuda, definitivamente he aprendido mucho!. Creo que mantendré el búfer y el filtro solo para estar seguro. Solo lo último que dijo sobre cómo dijo que una descarga de ESD puede causar un flujo de hasta 4A: presumiblemente, esto es a un voltaje mucho más alto que 8kV, ¿verdad?
La huelga de ESD puede causar un flujo de hasta 4A....voltaje mucho más alto que 8kV... No, no siempre. Depende del modelo/especificación de ESD que se utilice, eche un vistazo a e2e.ti.com/support/interface/f/138/t/359524 Observe cómo el modelo IEC 61000-4-2 utiliza una resistencia de 150 ohmios. Si el condensador se carga a 2 kV y se descarga a través de los 150 ohmios, ya podemos obtener un pico de corriente superior a 4 A. Pero como ese pulso de corriente será muy corto (el cap. de 150 pF se descargará rápidamente) la energía en el pulso no es tan grande Los diodos ESD en un chip deben poder conducir esta corriente.
Veo bien. Así que mi resistencia de 100k limita la corriente a 20mA en el caso del modelo IEC 6100-4-2, que debería proporcionar medidas razonables contra ESD con suerte. Usaré resistencias resistentes a sobretensiones de 100k. ¡Gracias por toda tu ayuda!
Usaré resistencias resistentes a sobretensiones de 100k. Esa es una excelente idea. ¡Gracias por toda tu ayuda! Mi placer :-)
¿Es suficiente la protección contra ESD y sobrevoltaje para mi circuito ADC?
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