Диодный зажим неисправен со схемой LDO

Я вернулся с еще одной загадкой.

Обобщающий вопрос:

  1. Почему вход в схему с фиксированным напряжением дестабилизирует и/или поднимает верхнюю планку этого фиксатора напряжения?
  2. Как правильно зафиксировать напряжение, используя слабонагруженный источник LDO?

Как я сюда попал: я разрабатываю датчик для использования в полевых условиях. Я пытаюсь сделать эту штуку надежной, поэтому я добавил диодные зажимы ко всем входам с доступом к внешнему миру. Диодные зажимы выглядят так (вход находится слева и подается на порт xbee IO):

Зажим цепи и защитные резисторы для удержания входов под током и в пределах напряжения.

Система работает от солнечного источника и т. д., поэтому у меня есть импульсный регулятор (LMR1403), подключенный каскадом к LDO (MCP1802), чтобы все работало.

Выполняя комплексную проверку и проверяя клещи напряжения, я заметил кое-что странное:

  • желтый = зажатая линия
  • синий = вход функционального генератора
  • зеленый = регулируемое 3,3 В:

Всплески напряжения, когда v_input превышает v_rail

Тестовый вход, который я отправил в схему, «поднимал» шину питания, тем самым вызывая отказ зажима напряжения (поскольку диод удерживает только вход на шину). На тестовый вход подавался функциональный генератор, 1 кГц, с различной амплитудой, но, очевидно, с амплитудой более 3,3 В.

Я смоделировал схему в LT Spice, пока не смог воссоздать проблему. Я использовал аналогичный LDO от LT вместо MCP. Я предположил (возможно, из-за высокомерия?, ну да ладно), что большинство маломощных LDO-проектов были принципиально (надеюсь) одинаковыми. Ниже моя симуляция.
введите описание изображения здесь

Кажется, я сопоставил как минимум 2 возможные проблемы:

  1. Недостаточная резистивная нагрузка.
  2. Недостаточная емкость на выходной шине.

Если я запутаюсь с любым из них в симуляции (сделаю их слишком маленькими или, скорее, «слишком большими» для нагрузки), я могу вызвать очень похожие ситуации. Я проверил свою схему и добавил больше резистивной нагрузки (схема работает на 30 мА) и НАМНОГО больший конденсатор выходной батареи (у меня под рукой была только керамическая 47 мкФ, чтобы заменить ее на 1 мкФ, которая была там), и оба «решили» проблему. при небольших входных амплитудах, но оба по-прежнему не работают при больших входных сигналах (20V pp волны). Волна должным образом выпрямляется для контура заземления, но не укладывается в регулируемые 3,3 В.

Пытаясь все проверить трижды, я подключил стендовый источник питания к шине 3,3 В, и он вел себя аналогичным образом.

Итак, мой вопрос в основном таков.

  1. Как защититься от малонагруженных цепей? Как, скажем, спящий микроконтроллер, который рисует только uA.
  2. Я упустил что-то фундаментальное в моей конструкции зажима напряжения? (Я надеюсь, что это так).
  3. Не следует ли мне использовать ldo для этого случая? Я начинаю задаваться вопросом, должен ли я просто перенастроить свой импульсный стабилизатор для питания схемы 3.3, но беспокоился, что он будет недостаточно стабильным для операций XBEE.

Большое спасибо. Я постоянно учусь новому. Мэтт

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Версия №2. Я добавил диод TVS для экстремальных пиков, затем увеличил значение R22, чтобы ограничить потребление тока через цепь (тем самым уменьшив повышение напряжения). Вот что у меня есть сейчас:

Обновленный диодный фиксатор

Я отрегулирую C1 соответственно тому, насколько быстрое время нарастания мне нужно для сигнала. Спасибо.

Линейные регуляторы не могут потреблять потребляемый ток.
6 слов и ты уничтожил мой дизайн. Спасибо. Думаю, я посмотрю, как перенастроить импульсный источник питания, чтобы получить 3,3 В. Есть ли другой способ обойти это? Как тогда кто-нибудь делает защиту по напряжению с помощью линейного регулятора?
Они добавляют TVS через линии снабжения.
@IgnacioVazquez-Abrams, вы должны опубликовать ответ, чтобы отправить вопрос. Или же нам нужно найти старый повторяющийся вопрос, чтобы закрыть вопрос.
Большинство линейных регуляторов не могут потреблять ток. Некоторые могут.
Попробуйте увеличить R22 до 1k. Если пиковый входной ток ограничен значением меньше тока нагрузки, регулятор может компенсировать скачок тока ограничителя, просто уменьшив выходной ток. У вас все еще могут быть проблемы с входными переходными процессами, которые быстрее, чем полоса пропускания регулятора, но это отдельный вопрос.

Ответы (2)

Любая цепь, которая подключается к полевой проводке значительной длины, будет подвержена наведенным напряжениям и переходным процессам. Как вы знаете, вы должны защитить свою входную схему от них, и показанный вами простой RC-фильтр может быть весьма эффективным. Для переходного перенапряжения цель RC-фильтра состоит в том, чтобы сбросить большую часть переходного напряжения на R22, поэтому R22 следует сделать как можно большим без ухудшения сигнала. Размер зависит от импеданса источника сигнала и входного импеданса (или входной утечки) схемы, которую вы пометили как XBEE_IN_O. Я обычно стремлюсь получить R22 между 10k и 47k. В зависимости от сигнала вам может потребоваться уменьшить значение C1, чтобы ваш RC-фильтр имел ту же постоянную времени. Если таким образом увеличить номинал R22, то R24 не нужен, либо он может быть 0 Ом.

Еще одним преимуществом увеличения значения R22 является то, что если зажимы диодов должны проводить, то ток, сбрасываемый на линии VCC или GND, значительно уменьшается, поэтому вы не должны видеть, что линия VCC поднимается из-за перенапряжения на сигнальной линии.

Еще один трюк, который вы можете использовать с диодными клещами, который полезен, когда потребление тока от VCC очень мало, заключается в добавлении нагрузки к выходу LDO, чтобы ток из-за перенапряжения имел путь к земле. Обычно достаточно резистора от 1 до 2 кОм на выходе LDO. Тем не менее, это пустая трата энергии, которую вы, возможно, не сможете терпеть.

Хотя диодный зажим может работать достаточно хорошо, вы должны понимать, что он представляет собой путь для шума от вашей полевой проводки к источнику питания VCC и заземлению, который вы должны стремиться поддерживать как можно более чистым и свободным от помех. Лучшим решением является использование RC-фильтра на входе вашей схемы, но вместо диодных зажимов используйте TVS на входе IN0.

Да, я использовал более высокое значение R22, и оно работает лучше. Мне трудно найти диоды TVS, которые находятся в диапазоне напряжений, с которым я хочу работать (у digikey ~ 24). Думаю, я остановился на этом парне: nxp.com/documents/data_sheet/PUSB3FR6.pdf
Хорошо, я на самом деле собираюсь использовать обычные телевизоры с отсечкой 9 В (находится гораздо более разумно), а затем спроектировать схему, чтобы она могла справляться с перезарядкой 6 В через остальные с помощью более мощного встроенного резистора. .1 мА кажется разумной величиной утечки. Проверим через прицел и сообщим.

Альтернативная концепция дизайна:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Вы можете отказаться от резистора R2, если минимальное потребление от других схем такое же (несколько сотен мкА).

Или найдите стабилизатор, потребляющий ток. Например. LT1118

Поэтому я пытаюсь снизить ток. Эта штука спит большую часть своей жизни, и общий ток сна составляет ~ 7 мкА (включая покой от регулятора). Это классное решение, но тонет немного больше, чем я хочу (lt spice говорит 250 мкА). Линейный регулятор также работает, но его ток покоя составляет 600 мкА, что опять-таки довольно много. Я думаю, что я просто собираюсь увеличить входной резистор, чтобы ограничить то, насколько высокие всплески будут влиять на остальную часть схемы (через ток), и на этом закончим. Мои сигналы очень медленные и представляют собой просто замыкания реле, так что это не должно быть проблемой.
Диодный зажим неисправен со схемой LDO
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v