Autor Tema: Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener  (Leído 2476 veces)

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Desconectado genisuvi

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Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« en: 14 de Octubre de 2019, 12:20:16 »
Buenas a todos,
estoy haciendo pruebas con un circuito basado en puertas lógicas que he diseñado para gestionar 3 señales de control para 3 bobinas de relés. Trabajando con niveles de señal y de alimentación  0V/12V. Ya hice pruebas y ajusté valores, limité corrientes, tomé medidas y todo estaba dentro de lo que me esperaba encontrar.
Pero tengo entendido -y es el criterio que he aplicado- que el mayor peligro para estas puertas son corrientes de fuga debido a los diodos internos de protección, que se deben sobretodo a la desviación de nivel de tensión que llega al pin de entrada de la puerta, Vin, respecto del nivel de VCC y GND (alimentación chip). Por lo que he recopilado, parece que normalmente se da una tolerancia de Vin = [VCC+-0.5V] y Vin = [GND +-0.5V]. Si no puedo garantizar que todas las Vin (entradas de las puertas) se van a encontrar dentro de este rango se recomienda aplicar circuitería para estabilizar o filtrar sobrepicos. Sino, podemos limitar la corriente con la propia R de pull up (si la tienes, en mi caso sí trabajo con Rpull up).
En una primera tanda de medidas, que hice con voltímetro en lo que sería el régimen permanente, el circuito no presenta desviaciones notables. Pero al medir con osciloscopio, al momento de conmutar las entradas para ver las salidas (lo hago de modo manual por ahora) aparece un sobrepico de 15V cuando estamos a nivel alto (12V) y dura un instante de t = 400us, luego se estabiliza.

NOTA: En la realidad los conmutadores serán switches analógicos que estarán en otro equipo y se conectarán a la placa que estoy diseñando por conector de cable plano. Pero al ser muchos los switches que entrarán en juego estoy segura de que el transitorio va a ser más largo y tal vez más amplio.

A lo que iba, que es que me estoy planteando cómo proteger estas entradas de las puertas si estos transitorios se producen en la versión definitiva. Y he pensado en usar diodos Zener porque justamente hace su trabajo cuando la tensión de carga sube por encima de la tensión que polariza al diodo (12V) porque queda en inversa y lo compensa circulando corriente a través de él.

Os dejo una imagen del transitorio y del pico porque una imagen vale más que mil palabras y para que me sugiráis lo que haríais vosotros:



La familia de puertas que uso son CMOS AND CD4073B: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4073b.pdf

Saludos y gracias de antemano.

« Última modificación: 16 de Octubre de 2019, 12:31:17 por genisuvi »

Desconectado AccioRw

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Re:Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« Respuesta #1 en: 15 de Octubre de 2019, 11:13:58 »
Hola, no consigo entender donde estás midiendo esos picos, puedes poner un esquema diciendo en que puntos estas midiendo con el osciloscopio ?

Desconectado genisuvi

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Re:Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« Respuesta #2 en: 15 de Octubre de 2019, 11:44:26 »
La entrada de la puerta lógica respecto de GND.
En cuanto pueda edito el post y dejo un esquema.

Desconectado Jorge555

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Re:Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« Respuesta #3 en: 15 de Octubre de 2019, 13:11:23 »
Si las entradas llevan diodos a tierra y Vcc (clamp diodes), para proteger de las tensiones que estén por encima de la de alimentación del integrado, una forma de protegerlas es añadir una resistencia en serie que límite la corriente que va a pasar por dichos diodos cuando se produce la sobretensión.

El valor de la resistencia en serie ha de ser tal que no se pueda superar la corriente máxima que pasa por el diodo de protección durante la sobretensión, es decir ver cuál es el valor de corriente máxima que soportan los diodos y poner una R lo suficientemente grande para que no se quemen.

Desconectado Robert76

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Re:Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« Respuesta #4 en: 15 de Octubre de 2019, 13:21:09 »
Hola, cuándo se conectan dispositivos entre si mediante cables.
La mejor opción es optoacoplar las señales, siempre y cuándo la velocidad no sea importante.

Desconectado genisuvi

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Re:Proteger las entradas de puertas lógicas con diodos zener
« Respuesta #5 en: 16 de Octubre de 2019, 12:17:10 »
Muchas gracias a todos por el interés, añado el esquema aquí y respondo a Jorge555:

Si las entradas llevan diodos a tierra y Vcc (clamp diodes), para proteger de las tensiones que estén por encima de la de alimentación del integrado, una forma de protegerlas es añadir una resistencia en serie que límite la corriente que va a pasar por dichos diodos cuando se produce la sobretensión.

El valor de la resistencia en serie ha de ser tal que no se pueda superar la corriente máxima que pasa por el diodo de protección durante la sobretensión, es decir ver cuál es el valor de corriente máxima que soportan los diodos y poner una R lo suficientemente grande para que no se quemen.

Los diodos son internos (pueden verse en el documento) y por lo que dice el datasheet hay 10mA de máxima a las entradas y luego hay una input current máxima de 0.1uA con Vin = 0.18V, que entiendo debe ser la corriente de fugas de los diodos al estar a nivel bajo esa entrada de la puerta.

Me han explicado que 10mA es la corriente que puede absorber la entrada cuando los diodos queden polarizados en directa y eso sólo puede ocurrir si Vin respecto de VDD/GND se desvía aprox 0.5V (caída en diodo en directa). Así mismo, 0.1uA será la máxima corriente de fuga que estos diodos ofrecen.
En base a estos parámetros elegí calculé Rs. Pero claro cálculos hechos para valores en régimen estable.

 1) Ya que tengo una Rpull up para las entradas con 12V he escogido una R = 12V/0.6mA = 20KOhms (0.6mA por ser este 20 veces menor al valor peligroso 10mA).
 2) Para mantener Iin = 0.1uA lo que he hecho ha sido fijarme cuál sería la R que me aporta dicha corriente: 12V/0.1uA = 120MOhms. Y he considerado ese como valor máximo de la R de pull up que me permite cumplir con las especificaciones del manual.
 3) R que cumpla 1 y 2 es por ejemplo: 20K.



Todas las input van a tener la misma configuración del esquema que adjunto, pero no las he pintado porque no me cabían. Las salidas van a un driver que hace de amplificador para la bobina de un relé. Estoy midiendo las entradas de las puertas tanto con la etapa driver + relé a su salida, como sin esta etapa conectada a su salida (pin de salida de la puerta al aire). Y el resultado no varía nada, es el mismo transitorio con el mismo nivel de tensión.

Al caso que me estoy refiriendo en este post todo el tiempo es al de pines de salida de la puerta al aire. Aunque he mencionado lo del driver, no lo tengáis en cuenta por ahora. Las medidas pertenecen al caso en que no existe esta parte a la salida de la puerta lógica.

Los transitorios de las imágenes representan conmutación de 0 a 12V de las entradas. Aunque también he leído sobre el uso de diodos supresores de transitorio (TSV) que se comen la mayor parte del pico. Lo cortan al nivel del voltaje de sujeción (Vc) que tenga el diodo. Así pues a mí me iría bien uno con Vc = 12V +10%(12V) por ejemplo. Lo que no estoy del todo segura de dónde conectarlos mejor. Pues estos picos los tengo en todos los pines tanto de salida como de entrada de todas las puertas que uso cuando se da la conmutación 0-->12V y 12V-->0V en cada pin del chip.

Saludos.




« Última modificación: 17 de Octubre de 2019, 06:41:22 por genisuvi »


 

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