Comment est ce circuit pour interfacer un signal 20V avec un microcontrôleur 3v3

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J'ai conçu le circuit suivant pour interfacer un signal 12-20V à un microcontrôleur fonctionnant sur 3,3 volts. Le signal est soit 20V soit en circuit ouvert.

Je veux que le circuit soit aussi résistant que possible. Il devrait être capable de gérer EMI et ESD.

circuit

  • R1 est de limiter le courant et de polariser le transistor.
  • C1 est d'implémenter un filtre passe-bas.
  • R2 est utilisé pour abaisser la base du transistor et décharger le condensateur C1, l'entrée 20V est soit 20V soit en circuit ouvert.
  • D1 est utilisé pour protéger le transistor d'une tension négative à la base.
  • R3 consiste à tirer la broche du microcontrôleur.

Tous les commentaires et améliorations sur ce circuit sont les bienvenus.

Question secondaire: Quelle est la tension positive maximale que ce transistor peut tolérer. La fiche technique indique que le courant de base de pointe est de 100 mA. Si la base est maintenue à 0,7 volt, l'entrée peut atteindre 1000 volts (10k ohm * 100mA). Mais si l'entrée est de 1000 Volts, le diviseur de potentiel fait de la tension la base à 500 Volts. Et le Vcb maximum selon la fiche technique est de 60 volts.

microcontroller pic transistors bjt Hassan Nadeem
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La diode base-émetteur chargera le diviseur résistif, limitant sa tension de sortie à environ 0,7 V. Donc, dans le cas d'une tension d'entrée élevée, vous pouvez négliger R2 pour calculer la tension d'entrée. Le courant passant par R2 sera d'env. 0,7 / 10k = 70uA, donc la tension d'entrée ne dépendra en pratique que de 100mA × 10k. Mais attention à la dissipation totale de puissance.
jippie
La diode est polarisée en inverse, elle est destinée à conduire en cas de tension négative. J'ai quand même besoin de R2 pour décharger le condensateur.
Hassan Nadeem
Je tape sur la base interne de la diode émettrice. Connaissez-vous le fonctionnement d'un BJT?
jippie
@jippie mon mauvais je pensais que tu parlais de D1.
Hassan Nadeem
Je suis très intéressé par l'interfaçage du signal de batterie / alternateur de voiture, avez-vous envisagé d'utiliser des optocoupleurs? Ils sont essentiellement les mêmes que ceux que vous avez ici, une interface de style BJT. J'ai l'intention d'utiliser un simple diviseur de tension avec un serrage de surtension de la diode zener (après le diviseur!) Et des valeurs de résistance suffisamment élevées pour que la diode zener survive à des conditions "ON" prolongées si cela se produit. J'aurai également un condensateur de filtre ESR faible sur chaque entrée pour faire face aux pics de tension ...
KyranF

Réponses:

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Cela me semble correct. La diode inverse D1 est une bonne idée. Si vous avez un minimum de 12V disponible, vous souhaiterez peut-être réduire quelque peu R2. Ce circuit a un seuil de peut-être 2V, vous pourriez facilement diviser par deux R2 ou R1 double.

Dans le cas d'une surtension extrême momentanée, la tension base-émetteur (polarisée en direct) ne dépassera pas environ un volt, même avec 100mA. Il ressemble à une autre diode en parallèle inverse de D1. Un des avantages d'un BJT dans cette application. La limitation est plus susceptible d'être la tension nominale de R1.

Si vous souhaitez envisager une surtension soutenue , vous devrez peut-être tenir compte de la puissance nominale de R1. Si un idiot le connecte au secteur (nous pouvons généralement supposer qu'environ 240VAC est le plus de tension, les idiots auront également accès - les idiots ayant accès à des tensions plus élevées sont en quelque sorte un problème auto-éliminant) alors R1 dissiperait presque 6W, donc il devrait être une partie physiquement importante. Vous pouvez résoudre ce problème en augmentant la valeur de R1 afin qu'une partie plus petite puisse être utilisée.

Spehro Pefhany
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EMI est la seule source de surtension. Je pense donc que les résistances standard fonctionneraient bien. Je n'ai pas suivi le premier paragraphe de votre commentaire. J'ai un minimum de 12V disponible (cela vient d'une batterie de voiture) mais je ne comprends pas ce que la réduction de R2 ferait. Envie d'élaborer?
Hassan Nadeem
Il bascule à environ 2V, ce qui est un peu faible (6V devrait être suffisamment bas pour une batterie de voiture), alors peut-être que vous voulez déplacer le seuil jusqu'à 4V ou plus. Il ajoute un peu d'immunité au bruit. Souvent, vous verrez une série Zener dans les circuits industriels pour cette raison, mais je pense que le simple changement d'une résistance 2: 1 est correct dans ce cas.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany LOL sur les idiots auto-éliminants. Le seul commentaire supplémentaire est le temps de réponse. Avec des valeurs de cap et de résistance relativement élevées, l'OP peut vouloir être sûr que le circuit réagit assez rapidement pour l'application. Il mentionne spécifiquement le filtrage passe-bas, donc il l'a probablement déjà envisagé, mais il ne peut pas faire de mal à vérifier.
John D
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J'ai conçu un circuit très similaire moi-même une fois quand j'avais besoin de quelques entrées "robustes". Cependant, j'ai utilisé R1 = R2 = 100k (plutôt que 10k). Il ne faut vraiment pas beaucoup de courant d'entrée pour saturer Q1 avec R3 = 10K. Réduisez C1 du même facteur si vous souhaitez conserver la même fréquence de coin.

Si vous souhaitez que l'hystérésis améliore les caractéristiques de commutation, vous pouvez envisager de placer une résistance de 100 Ω entre l'émetteur de Q1 et la masse, puis de lier l'extrémité inférieure de R2 à cette jonction.

Dave Tweed
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+1 pour la méthode d'ajout d'hystérésis. C'est incroyable ce que le moindre murmure de rétroaction positive peut faire pour calmer les entrées lentes et / ou bruyantes.
Russell McMahon
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Le circuit semble OK pour une utilisation pas trop exigeante.
À des extrêmes extrêmes, il peut bégayer.

La réponse en fréquence au signal d'entrée et les temps de montée et de descente acceptables n'ont pas été spécifiés et, si importants, doivent être connus.

Vbe de Q1 fixera la base à ~ = 1 V max.
Ibe peut être limité en utilisant disons deux diodes de la jonction R1-R2 à la masse et une petite résistance (disons 100 Ohm) de ce point à la base Q1 de sorte que les diodes fixent les transitoires massifs de Vin à environ 1,5 - 2 V et la base des pinces du transistor dire 0,7V.
Exemple: si un transitoire entraîne une entrée à 1000 V, I_R1 = 100 mA.
Si deux diodes fixent l'extrémité inférieure de R1 en haut, dites 2V, le courant de base est alors
(2V-Vbe) / 100R = 13 mA.
Les valeurs peuvent être ajustées en fonction.

Les résistances ont des tensions nominales indépendantes de la dissipation.
À des tensions très élevées, la tension nominale de R1 devient importante.
La dissipation dans R1 est ~ = V ^ 2 / R donc 1 Watt à 100V avec R1 = 10K.
À 1000 V, la dissipation R1 est V ^ 2 / R = 1 000 000/10 000 = 100 watts.
Vous ne voudriez pas que cela soit présent pendant longtemps ou que vous deviez fournir une résistance capable de gérer cet état stationnaire.
Ceci n'est PAS requis pour l'ESD. Si vous avez déjà eu une situation où une très haute tension peut parfois être présente pendant plus de millisecondes, vous pouvez utiliser une entrée commutée qui s'est désactivée dans des conditions de très haute tension.

SI les temps de réponse n'ont pas besoin d'être élevés, R1 peut être augmenté en valeur pour s'adapter à des conditions de tension plus élevées.

Russell McMahon
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