Яким чином діодний затискний ланцюг захищає від перенапруги та ESD?

Я завжди бачу цю схему, коли говорю про перенапругу або захист від ОУР (чи ця схема виконує обоє, або лише одну?):

Однак я не розумію, як це працює. Скажіть, я поставив 20 V на Vpin.

Отже, Vpin має більш високий потенціал, ніж Vdd, тому струм протікає через діод. Але напруга на вузлі Vpin все ще 20В, а ІС все ще бачить 20В - як це захищає внутрішню схему? Крім того, якщо подія ESD потрапила на 10 000 В до Vpin, як воно захищає внутрішню схему?

Нарешті, чи є діод D2 для захисту від напруги нижче Vss, чи має це якесь інше призначення?

Я спробував імітувати цю схему, але чомусь це не працює.

Схема захищає від перенапруги та ЕРС за певних умов. Основне припущення полягає в тому, що Vd "жорсткий" порівняно з джерелом енергії на Vpin. Зазвичай це стосується Vd = джерела живлення скажімо 1 A + capabilty amd Vpin є типовим джерелом сигналу. Якщо Vpin є, наприклад, автомобільним акумулятором, всі ставки можуть бути вимкнені на те, наскільки це триває до знищення D3. .

Як показано, вхід Vpin підключений до Vdd через діод D3. Або
- Вхід буде затиснутий на один падіння діода вище Vd, оскільки джерело не має достатньо енергії для підняття напруги Vd або
- Vd підніметься до Vpin - тільки якщо Vpin набагато «жорсткіший», ніж Vd. Зазвичай, або
- D3 буде знищений як джерело енергії та затопить герцог

Зазвичай додати невеликий резистор - скажімо, 1к до 10 к між Vpin та переходом D2 D3.

Тепер Vpin повинен опустити ~ = Vpin-Vd через резистор.

ОУР: Той самий ланцюг працює так само, як і для ОУР, який є "просто" джерелом енергії, що має меншу напругу (сподіваєтесь). Знову допомагає серійний вхідний резистор. Важливими є такі аспекти, як доступний час підйому та енергія та, можливо, навіть час реакції діода.

Ви забуваєте, що ці джерела напруги "ідеальні". Тож якщо ваш вхід 20В безпосередньо від живлення, він завжди буде 20В.

Вставте туди серійний резистор і ви зможете побачити, як він працює.

Я використовував LTspice для моделювання схеми.

R1 - вхідний опір для деяких ІС-штифтів.

Я зробив постійний струм від -10 до 10 В з кроком 1 В.

Як бачите, коли я починаю переходити через 5,7 В, R1 бачить лише ~ 5,7 В.

ОУР набагато вищої напруги і тривають лише на короткий момент, але це повинно демонструвати захист.

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$$V_{pin} < -0.7$ , один з діодів почне проводити. Надлишкова напруга (все вище 5,7 В або нижче -0,7 В) передається на землю або назад в джерело живлення.

Тест на ОСР може піднятися до + 8 кВ або до -8 кВ. Коли відбувається розряд + 8 кВ, струм буде протікати через D3 і намагається нейтралізуватися. Коли трапляється -8 кВ, струм буде протікати через D2.

У реальному застосуванні VDD та VSS постачаються дуже далеко. Коли відбувається ОСР, шип вискочить зі сліду VDD (або VSS) і заважатиме іншим компонентам.

Щоб мінімізувати цю небажану характеристику, завжди додайте об'ємну кришку між VDD та VSS; найближчі до D2 та D3.

"Коли Vin> Vcc + 0,7, або коли Vin <-0,7, один з діодів почне проводити. Надлишкова напруга (все, що перевищує 5,7 або нижче -0,7, переходить або на землю, або назад в джерело живлення") Я думаю, що це пояснення від efox29 майже відповідає на ваше запитання.

Ваша картина дещо вводить в оману. Вузол Vpin, де у вас написано 20 В, сподіваємось, ніколи не досягне 20В. Коли Vpin починає підніматися напруга (на шляху до 20В), то як тільки він вийде вище напруги Vdd (5V + 0.7), діод D3 буде проводити і передавати більшу частину струму на вузол Vdd, і Vpin не буде отримати більш високу напругу.

Так само D2 затискає напругу Vpin, щоб воно не було менше Vss

Завдання Vdd залізниці - зберегти різницю потенціалів між Vdd та землею на рівні 5V. якщо ви спробуєте зробити vdd більшим, ніж 5v, посилаючи струм у вузол vdd, подача залізниці Vdd передасть цей додатковий струм, який ви надіслали на землю, таким чином, що vdd залишається на рівні 5v. якщо ви справді вимагали, щоб він був у 20 В (щодо землі), то у вас є два джерела, що вимагають різного напруги для одного і того ж вузла (думаю, вони називають це «суперечкою джерела»). Якщо джерело 20В на Він достатньо сильне, щоб воно могло подати більше струму, ніж 5V VDD рейка може зануритися (і це повинно бути багато струму, а D3, мабуть, вийде з-за стільки струму), тоді вузол Vdd змушений бути 19,3 В при подачі 20В вин.