. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Ochrana vstupů digitální elektroniky
18. listopadu 2014 - 7:51 | Pandatron | Ochrana vstupů digitální elektroniky | Komentářů: 3  

Ochrana vstupů digitální elektroniky

Základní principy a příklady ošetření digitálních vstupů průmyslových zařízení. Článek se zaměřuje na ochranu vstupů dálkového řízení a vstupní piny senzorů.

Většina elektronických systémů obsahuje vstupy, které jsou určeny pro ovládání systému nebo hlídání stavu snímacích prvků. Všechny tyto vstupy jsou snímány elektronickými obvody a vedou na vstupy řídicího mikrokontroléru, který na základě jejich stavu rozhoduje o stavu výstupních signálů. Tyto vstupy přitom mohou pocházet prakticky z nepřeberného množství zdrojů, jako jsou tlačítka, spínače, senzory, relé, komunikační zařízení a mnoho dalších systémů. V řadě případů však právě tyto vstupy mohou představovat vážný problém, nezřídka kdy ohrožující činnost celého zařízení – zejména v případě, kdy jsou provozovány bez jakýchkoliv ochranných prvků. Nemusím snad ani jmenovat, že nejkritičtější situace je v případě průmyslových systémů a řídicí elektroniky.

Důležitým aspektem návrhu takových systémů je účinné ošetření rozhraní vstupů vedoucích signály z vnějšího prostředí na piny citlivé elektroniky. Ty jsou obvykle přímo tvořeny nějakým inteligentním prvkem, jako je mikrokontrolér, FPGA nebo jiný stavový stroj. V těchto případech je vždy nutné kvalitně ochránit příslušné vstupy od nežádoucích elektromagnetických jevů z okolního prostředí, ale zároveň uchovat vstupní signál v použitelné podobě.

Základní definice problému
U typického průmyslového systémů je dostupný ovládací panel s několika tlačítky, který může zajišťovat i dálkové řízení z centrální jednotky. Přes centrální rozvody jsou pak tato tlačítka vedena pomocí dlouhých drátů až do samotného zařízení a zde je právě to kritické místo, kde může dojít k neúmyslnému selhání elektroniky. Dlouhé dráty prakticky vždy fungují jako dobrý induktor a například v případě spínání a rozpínání tlačítek zde dochází ke vzniku velkých napěťových špiček. Zjednodušené schéma této situace je uvedeno na obr. 1.


Obr. 1: Zjednodušené schéma elektronického systému

Abychom mohli do problematiky proniknout hlouběji, využijeme dále konkrétního příkladu. Typické mikroprocesory mají vstupní impedanci definovanou v řádu 20 MOhm a pracují s napájecím napětím v rozsahu od 1,2 V do 5,0 V. V našem případě budeme předpokládat typický 5 V systém. Obr. 2 ukazuje upravený stav zjednodušeného elektronického modelu z obr. 1.


Obr. 2: Zjednodušené schéma vstupu z pohledu elektronického modelu

Na tomto modelu jsou dobře vidět problémy, vznikající v případě nechráněných vstupů. Jakékoliv vysoké napětí, které se vstupních pinech objeví, je vedeno na vnitřní obvody mikrokontrolérů. Bez ohledu na původ tohoto stavu (ESD, indukované EMI, směna stavu spínače, chyba uživatele), je poškození mikrokontroléru v tomto okamžiku velmi pravděpodobné a může vést k selhání celého systému. Z tohoto důvodu se pro vytvoření spolehlivého systému doporučuje použití různých ochranných strategií.

Pro zpřehlednění problematiky bude zaveden jednoduchý systém, jak je uvedeno na obr. 3. Jedná se o jednoduchý přepínač, který je mikrokontrolérové desce připojen pomocí vodiče s délkou 7,6 metrů. Všimněte si, že spínač je ve skutečnosti zastoupen 2-pólovým vypínačem, který přepíná mezi otevřeným stavem a zemí. Pull-up rezistor na vstupním pinu mikrokontroléru ošetřuje otevřený stav, který je z mikrokontroléru třeba číst jako stav „HIGHT“.


Obr. 3: Jednoduchý obvod s přepínačem

V okamžik změny stavu přepínače je na 7,6m vedení vodiče indukováno velké napětí, které je vedeno přímo na vysokoimpedanční vstup mikrokontroléru. Tento stav je zachycen na obr. 4. Je vidět, že i v tomto jednoduchém případě má nejvyšší záporné indukované napětí způsobené indukční velikost -5,88V. To je více než dost na to, aby mohlo být v rámci elektronického systému zdrojem vážných problémů.


Obr. 4: Okamžik změny stavu přepínače na 7,6m vedení

S použitím osciloskopu je dobře vidět problém, který způsobují dlouhá přívodní vedení. Stejný stav je však i v případě souběžného vedení několika souběžných signálu, kdy dochází k vzájemnému ovlivnění a opět nežádoucí indukci vysokého napětí.

Jaké jsou tedy základní způsoby řešení tohoto problému? Jak správně ošetřit signálové vstupy u průmyslových zařízení a digitální vstupy vzdálených senzorů? Právě o tomto tématu pojednává aplikační poznámka společnosti Digi-Key s názvem Protecting Inputs in Digital Electronics.

Zdroj: Protecting Inputs in Digital Electronics







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (3):

Zobrazit starší 30 dnů (3)...

host
3. Dne 02. 05. 2012 v 09:46 zaslal host
Přepěťové ochrany
Ochrana vstupů a výstupů je většinou jedním z nejdůležitějších částí vývoje. Bez toho zařízení neprojde EZU a nesmí se používat. Mě hodně pomohly taky články Přepěťová ochrana pro datové sběrnice a Jednoduché přepěťové ochrany.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGSM-SIM900: GSM/GPRS modul SIM900
Čtyřpásmový GSM/GPRS modul s SIM900 firmy SIMCom a podporou SMS, MMS, GPRS Class 10, TCP/IP, FTP a dalších.
Skladem od 790 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007