Autor Tema: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD  (Leído 2745 veces)

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Desconectado juaperser1

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Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« en: 30 de Agosto de 2015, 15:15:44 »
bueno estudiando algunos circuitos me he encontrado en algunos con partes para la protección de descargas electroestáticas, y ya que nunca he aplicado en ninguno de mis proyectos nada de este estilo no se ni como funcionan ni cuando hay que aplicarlos.

por ejemplo que hace este circuito exactamente?, es una parte de un esquema de un multimetro de banco de agilent:



E101 y E100 son "Tube Electron Surge Arrestor" que si no me equivoco son descargadores gaseosos de 1500V/10A, con las masas del circuito tengo un lio flipante por que en el esquema hay muchas masas y gnd y luego las unen en casi todos los puntos y es difícil seguirle la pista así que yo supongo que son todas "iguales" y unidas a la toma de tierra.



RV100 y RV101 son varistores de 1.1KV

xferHI es por donde pasa la altatension medida que si no me equivoco llegaba a los 1000 voltios, y mide una intensidad maxima de 3Amperios pero que no tienen nada que ver con esa pista, por hay no pasa intensidad solo tensión cuando se miden tensiones por encima de 10V.

los puntos MH14-MH17 no se cuales son no se muy bien como traducir to spark gaps, ¿puntos de descarga? ¿ descargas de chispas?, no los he encontrado en el esquema y ¿por que la parte en la parte trasera "rear" lleva simplemente una resistencia a masa y por que en la parte delantera un varistor y otro tubo gaseoso?

bueno a ver si alguien se anima a explicarme el funcionamiento (por ejemplo por que un tubo gaseoso en serie con un ¿varistor//resistencia? y ponerme ejemplos de como y donde usarlo.

un saludo y gracias

PD si alguien quiere ver el esquema completo y documento explicativo del funcionamiento aqui lo tiene (al final están los esquematicos):

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/34401-90013.pdf
« Última modificación: 30 de Agosto de 2015, 15:20:45 por juaperser1 »
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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #1 en: 30 de Agosto de 2015, 20:45:22 »
El primero de lo que entiendo es justamente que ante una descarga electrostatica de alta tension enrte xref + gnd, el surge arrester cuando ocurre la descarga se produce un arco y da continuidad a gnd cerrando el circuito antes que pase a la parte de medicion.
Es lo que entiendo del primero. Ahora por que luego agregar un varistor/resistencias/capacitor ... lo unico que se me ocurre es para que tenga una especie de "resistencia" y la corriente no se vaya al "infinito" y los pasivos como proteccion al varistor.
Al momento de la chispa el pin 1 del surge arrester esta a un potencial igual a GND, por lo cual salta, apenas salta el gas dentro es casi un cortocircuito. entonces tendrias toda el potencial sobre el paralelo. alli actuara todo en conjunto. parte  de la corriente ira por las resistencias en serie, parte de la corriente se almacenara en el C, las tensiones iran en aumento gracias al capacitor y cuando cruze el umbral el varistor comenzara a disminuir su resistencia. El cual proveera un paso (disminucion de corriente/descarga de C).
Si la proteccion esta dada por el varistor, entonces para que poner el surge arrester ?. si observas en funcionamiento normal, el surge arrester aisla el otro circuito. y R/C/Varistor no afectaria en la medicion.
Como dije es lo unico que se me ocurre.

Con respecto a lo de "PCB SPARK GAPS" claramente usa los caminos para crear algo parecido a lo que es el surge arrester de antes (no se si posee una traduccion literaria, ya que es una separacion de pistas de PCB hechas a proposito para que se produzca un arco). Imagino que los MH deben estar proximos a unas entradas. Yo lo descubri por accidente cuando conecte al reves un transformador en uno de mis proyectos y habia un hermoso arco  a 50hz entre 2 caminos de PCB que tenia cerca en la entrada, y que gracias a eso no me quemo lo demas de la placa :P

A vos que te gustan tanto los videos de este tipo:

Y aca una imagen de lo que me imagino:
http://www.todopic.com.ar/foros/imgtiny/2010msp.jpg
Este es otra de las que vi:
http://patentimages.storage.googleapis.com/EP1986297A2/imgf0003.png
Imagen con arco produciendose:
http://dev.emcelettronica.com/files/node_images/esd-source-on-ic-pcb.jpg


Todo esto es lo que entiendo entre uno y otro.
El por que del surge arrester en la otra parte no se. Imagino que tendra que ver con que es AGND
Aunque no se que es EGND. imagino que se refiere a la toma de tierra.
« Última modificación: 30 de Agosto de 2015, 20:52:59 por KILLERJC »

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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #2 en: 31 de Agosto de 2015, 14:49:15 »
Citar
si observas en funcionamiento normal, el surge arrester aisla el otro circuito. y R/C/Varistor no afectaria en la medicion.
Como dije es lo unico que se me ocurre.

cierto eso tiene todo el sentido no se me había ocurrido.

Citar
Ahora por que luego agregar un varistor/resistencias/capacitor ... lo unico que se me ocurre es para que tenga una especie de "resistencia" y la corriente no se vaya al "infinito" y los pasivos como proteccion al varistor.

lo que me extraña, o creo, es que el varistor es bastante mas lento que el descargador gaseoso, entonces pierde un poco el sentido del uso del descargador gaseoso no? y para aislarlo de la medición parece un sistema un poco extraño, quiza las resistencias en serie con el descargador gaseoso sea para que no pase el pico de los 10 A que aguanta el descargador pero, si hay una descarga electroestaticá entre xref y masa de miles de voltios, van a quedar bastante fritas, por que el tubo de descarga produce un "corto" por así decirlo, y antes de que entre en funcionamiento el varistor las resistencias esas van a sufrir bastante yo creo.

comprendo lo del spark gaps, buen video por cierto, pero no entiendo por que los dos tipos de circuitos, y el spark gaps parecen diseñados para hacer su función no mucho tiempo ni muchas veces, por que quedara quemado y destrozado, en las fotos que me has pasado no parece muy buena idea poner mascara a las pistas del spark gaps.


sigo con la duda, de cuando es bueno o rentable colocar este tipo de protecciones, ¿cuando sean cajas metalicas? , ¿cuando tengan componentes muy sensibles como ADC o componentes a 1.8V?,¿seria bueno ponerlo siempre aunque poco rentable?

y otra duda que no veo es si se produce una descarga electroestatica cual es el camino que sigue hasta llegar al spark gaps? desde la masa? o es que la descarga electroestatica se producira siempre en el spark gaps y hay que colocarlo en lugar extratégico del PCB

¿ejemplos de aplicación o esquemáticos de este tipo de protecciones donde se entienda o explique mejor? ¿notas de aplicación?  :D :D

gracias killer me has aclarado bastantes dudas. lo de la EGND no tengo ni idea de si va a la toma de tierra pero creo que todas las masas tienen un punto en común (o unidos por filtros o condensadores), quitando la parte de masa flotante de las comunicaciones de la maquina para el ordenador o lo que sea que le conectes.

un saludo.
« Última modificación: 31 de Agosto de 2015, 14:52:41 por juaperser1 »
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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #3 en: 01 de Septiembre de 2015, 02:57:32 »
Citar
sigo con la duda, de cuando es bueno o rentable colocar este tipo de protecciones, ¿cuando sean cajas metalicas? , ¿cuando tengan componentes muy sensibles como ADC o componentes a 1.8V?,¿seria bueno ponerlo siempre aunque poco rentable?

Son protecciones, es decir siempre es bueno ponerlas, el tema pasa por lo rentable, si tu caso tenes que sale una fortuna tu circuito de medicion yo no ahorraria en gastos para una proteccion.
Ademas cuando es algo manejado por personas elcual es mas propenso a recibir descargas de ESD.

Citar
y otra duda que no veo es si se produce una descarga electroestatica cual es el camino que sigue hasta llegar al spark gaps? desde la masa? o es que la descarga electroestatica se producira siempre en el spark gaps y hay que colocarlo en lugar extratégico del PCB

Y como todo arco se produce a la la mayor diferencia de potencial en el caso este es de tierra. Por eso supuse que EGND era Earth GND, donde poner el spark gap? lo mas cerca de donde puede provenir la descarga. Por eos si te fijas en las imagenes que pase las entradas de esos conectores apenas llegan a la placa tienen el spark gap. Asi que el posicionamiento de los mismo es importante.

Con respecto al varistor, estoy tan perdido como estas vos, yo intente explicar el circuito como estaba y suponer de ciertas cosas, asi que no podes tomar lo mio con un 100%, tal ves ni un 25%, pero es lo que se me ocurrio que sucederia.
en fin sugo perdido igual que vos :P

EDIT:

En un App Note encontre lo que yo creo el por que no usar spark gaps para la parte de sensado y por eso usaron esas cosas (varistor,sruge arrester, etc):

Citar
Another very common low-cost technique used to arrest ESD events is to use a spark gap on the component side of the PCB, see Figure 15. However, since the meter will likely operate in an open air environment and be subject to many discharges, this is not recommended at sensitive nodes. Multiple discharges could cause carbon build-up across the spark gap which could cause a short  or introduce an impedance that will, in time, affect accuracy.

Tambien encontre algo sobre los surge arrester:
http://en.tdk.eu/blob/174146/download/6/ueberspannungsableiter-und-schaltfunkenstrecken.pdf

Ojo que ahi habla sobre switching spark-gaps que es muy distinto. que lo que estamos viendo xD
« Última modificación: 01 de Septiembre de 2015, 03:05:57 por KILLERJC »

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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #4 en: 01 de Septiembre de 2015, 04:52:08 »
El modelo de cuerpo humano para descargas ESD es un condensador de 100pF cargado a una tensión entre 2kv y 8kv que se descarga a través de una resistencia de 1500 ohms.
https://en.wikipedia.org/wiki/Human-body_model

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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #5 en: 01 de Septiembre de 2015, 06:38:56 »
Ummm gracias por tomarte las molestias killerjc, el porque lo han hecho asi, parece un misterio pero puede ser que sea lo que dices y sea para aislar la medición, de las descargas que puedan producirse de tu cuerpo en las puntas de prueba por ejemplo. Total investigare un poco el tema personalmente cuando tenga mas tiempo, dado que por las respuestas que ha tenido el tema, no parece que sea una cosa tan simple que sepa todo del mundo.

Citar
El modelo de cuerpo humano para descargas ESD es un condensador de 100pF cargado a una tensión entre 2kv y 8kv que se descarga a través de una resistencia de 1500 ohms.
https://en.wikipedia.org/wiki/Human-body_model 

Pues mi novia tiene que ser un condensador que te cagas, porque cada vez que vamos a un supermercado me pega un calambrazo cada menos de 10 seg  :D :D :D.  Intentare que no toque mucho mis aparatos,  bueno, salvo uno que es el mas importante   8) :D :D
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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #6 en: 01 de Septiembre de 2015, 14:31:32 »

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Re: Descargas electroestáticas y circuitos de protección ESD
« Respuesta #7 en: 01 de Septiembre de 2015, 15:20:55 »
 :D :D :D muy bueno, pues igual pero en morena  :D :D podría trabajar de policía y no le haría falta la pistola taser  :D :D
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