信号线路中如何做到过压限流保护，请看这里

只看该作者 · 2009-6-1 10:39

    目前我所做的一产品输入/输出是三芯线：24V+、GND、Data（5V TTL），原来电路是IC输出Data脚串一10欧姆电阻。而且因为是工程应用，该三芯线只能裸线，无法做成端子防插反之类的联接，所以问题来了，在接线过程中或操作中，总避免不了24V+会搭碰到Data线，造成内部IC过压损坏。
    所以修改了下电路，如图所示，在三芯线Data端先串入一颗PTC（常态阻值25欧，50mA动作电流），之后并接一TVS（400W，7V动作电压，结电容<100pF），
    我的思路是，当24V不小心搭碰到Data线时，TVS嵌位在7V，同时形成大电流加速PTC动作，PTC动作后限流，整个电路最终平衡在50mA/7V左右。

    这个电路肯定是有弊端的，一是TVS只能承受瞬态(uS级)高压，一个持续的高压对TVS是有损伤的，但因为是工程应用，施工完成后，接线线路几年都不会有人动，所以只要能起到三四次保护就可以了，为此我做过该Demo电路的过压测试，24Ｖ搭碰Data十来次，且都持续时间5分钟左右，TVS动作速度(4uS内嵌位5Ｖ以下）及结电容（78pF左右）无明显变化；
　　这是其一，其二，器件参数难找，低容性TVS要7~10Ｖ动作电压的目前找不到，好象最低动作电压都是15V以上。
　　其三，当环境温度比较低的时候(-20度），TVS承受的功率将更大。

　　这是小弟我所想到的最好信号限压限流保护电路了，请各位大大们点评一下，或有更好的电路指导一下我。

ＰＳ：这个电路在布板中最好TVS与PTC尽量贴近，达到热补偿缩减PTC动作时间。呵呵，这个也是由瑞侃的PolyZen产品想到的。

只看该作者 · 2009-6-1 10:54

没人理我吗？为了保护这个接口，我费了蛮长时间去验证确认的，可以个人比较愚钝，想不出更好的电路来，所以只好上来向大家求救一下。

ＰＳ：俺这个ＩＤ差不多有四年多没有上来过了。

1万 · 2009-6-1 11:05

只看该作者 · 2009-6-1 11:20

哈～～～有人回答了，非常谢谢Computer00 的解答。
将PTC改成足够大的电阻是为解决环境温度为低温的问题吗？

下图是该ＩＣ的内部管脚图，输入阻抗从图上看应当蛮高的，Data端是下图中的DI及DO.

1万 · 2009-6-1 11:27

那么接到24V上，电流也只有2.4mA，不足以损坏你的TVS或IC。

只看该作者 · 2009-6-1 11:56

Computer00，因为输入阻抗IC的Datasheet没有提供这个参数，所以刚才我只好在电路中去除PTC，串接万用表测量电流，电流最高值24uA@5V，这么推测输入阻抗是在200K左右，这么测量输入阻抗对不？

4万 · 2009-6-1 12:27

不同方向的处理方法不同，圈圈的方法只对高阻抗的输入端口有效，但楼主主题帖所示又是输出端口。

只看该作者 · 2009-6-1 13:15

如果只是输入，用串电阻和TVS的方法可行。不过要注意串电阻的功率要足够。
如果还有输出，PTC+TVS的方法应该也足够了。TVS有低压的。为什么要低容的TVS呢，你的信号应该是低速的吧。

只看该作者 · 2009-6-1 13:21

ＴＯ：chunyang
芯片有输入输出端口（，而且输出与下一个芯片的输入相联，即ＩＣ与ＩＣ间手拉手相联，不好意思啊，把问题描述的很絮乱。

再尝试描述下，产品间联接拓扑图如下图：

只看该作者 · 2009-6-1 13:27

ＴＯ：taoest
一定要低容性的才行，数据不是很高，但也不低，250Kbps，我尝试过用一般的ＴＶＳ，发现数据误码率太高了，用显波器观察普通ＴＶＳ并接后的波形，看不出有啥差异（也可能数据帧太长了，没看到），但一更换100pF级别的TVS就ＯＫ了

2万 · 2009-6-1 20:21

1万 · 2009-6-1 20:28

2万 · 2009-6-1 21:06

如果在板内、机内,应该用成品端子、排线连接;
只要出了板,就必须有端口隔离,串电阻、三极管,IC等;
而一旦出了机器,想TTL电平传250KbpS那就是做梦了

4万 · 2009-6-1 21:11

    TVS用于吸收瞬态高压浪涌，其导通电压以下的过压通常用钳位对付，但楼主这样的情况无法通过简单方法来解决，原因有二：一是过压源为低内阻的电源，二是信号速率不低。
    对于低速信号，如果输入端为高阻型如典型的CMOS输入，这时可用电阻加钳位来解决，如果输出端为强上拉型如普通逻辑门的输出，可用串二极管（输出接正极）的办法来解决，同时在该输出对应的输入侧加下拉电阻。但此法不适于250Kbps，这时的分布电容因电阻的引入构成RC回路，会严重影响信号的沿特性，非正弦信号系统无法实施。
    由此，楼主应该靠工艺改善而非添加一两个元件的办法来解决，宽压输入或耐过压短路的输出虽然均可以实现，但为此付出的电路成本不值得，而且原电路板均得报废而无法实现楼主的初衷。
    改工艺并不麻烦，必要时加块PCB，将相应的端子安装在上面，然后再与原电路相连，你们厂家这样整改，用户只需面对整改后的新接线方式。

只看该作者 · 2009-6-1 21:52

这里论坛有没有回复某个楼的功能？

ＴＯ　computer00 ：
下午我试着把电路中输入端ＰＴＣ更换成1206的10Ｋ电阻，发现数据传输情况蛮好的！没有检测到数据误码！所以您提到的如输入阻抗较高可串入高阻值的建议还是相当有价值啊，明天我把ＰＴＣ更换成10Ｋ电阻再去搭接24Ｖ半小时看看，如不损坏ＩＣ数据端口且电阻也没有烧掉的话这方案可以试试，就是怕传输线路碰到感应雷等情况下电阻烧掉的话无法自恢复。
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ＴＯ　xwj ：
（如果在板内、机内,应该用成品端子、排线连接;
只要出了板,就必须有端口隔离,串电阻、三极管,IC等;
而一旦出了机器,想TTL电平传250KbpS那就是做梦了）
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　　两产品联接线（三芯橡胶线）的长度限制在6米以内，是出板外联接的，因工程应用无法用接线端口来处理线头，更因成本限制，加不了那么多的隔离元件啊。
　　TTL电平在机器外传250Kbps不是做梦哦，在输入输出无保护电路的情况下我已经试产了100PCS成品，且100PCS手拉手串联接起来（每个传输距离6Ｍ），经测试信号相当正常啊，效果蛮好的。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

ＴＯ　chunyang：
　　需要受保护的ＩＣ内部引脚框图我在四楼已经贴出图了，呵呵，经大家的指点，我发现了我ＰＴＣ参数根本就是选择错了吗，应当选择Ｒ值越大的ＰＴＣ限流限压保护效果越好。
　　您提到的输出端串接二极管后接正极，是这个意思吗？有点没看明白。这种保护方式我也想过，但还是有个问题呢，24Ｖ碰到的话，ＩＣ的端口是保护了，但内部5Ｖ（正极）不是被24Ｖ倒灌损坏掉了吗？
　　另您提到的分布电容也确实会存在的，因为是机器外用橡胶线传输6米呢，其容性我简单用ＬＲＣ设备测试了大概在20～30pF＠100Ｋ左右呢？
　　还有您建议通过工艺来改善，这个我也是没有办法的办法啊，这个产品实际上一个LED灯具，呵呵，一是其出线定死了就是裸线（工程应用，没办法确定两灯具间长度的，而且还需要串管敷设呢，所以无法用接插件的方式来防止24Ｖ线搭碰到Data线）；二是线路板面积相当有限；三成本限制非常大（保护电路尽量＜3ＲＭＢ）；四是ＩＣ是专有的，定了这种方案就没的选了。

哎～～～～怎么没有回复功能呢！

非常非常感谢各位这么晚了帮小弟解答问题。

1万 · 2009-6-1 22:04

稳压二极管可以选择7V左右的，反向接在data和地之间；

用普通二极管的话，就像chunyang所说的，正极接在data上，负极接在跟数据线电平一致的电源上。
这个电源要有一定的吸收电流的能力，不至于当data输入过压时，二极管将其电压拉高。

只看该作者 · 2009-6-1 23:47

可以保护芯片，又不会损害信号！

只看该作者 · 2009-6-2 17:17

如果输出端为强上拉型如普通逻辑门的输出，可用串二极管（输出接正极）的办法来解决，同时在该输出对应的输入侧加下拉电阻。但此法不适于250Kbps，这时的分布电容因电阻的引入构成RC回路，会严重影响信号的沿特性，非正弦信号系统无法实施。
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chunyang ，PF啊！果然如此，输出保护串接二极管的，在下一个输入端加下拉，结果信号的下降沿被滤波了，信号根本无法有效果传下去了。

1万 · 2009-6-2 17:27

可以考虑将5.1K电阻换成恒流源，以加快下降沿速度，同时还要能够承受24V电压。

4万 · 2009-6-2 18:37

还不如改进接口本身了。6米线不算长也不算短，估计楼主又舍不得用好线，是个瓶颈，可以将下拉电阻减小到1K甚至更低，影响高电平输出的话，在前级输出侧加上拉做补偿。另外钳位不是用稳压管，稳压管的离散性过大，要用二极管对电源做钳位，而且最好是肖特基管，其钳位电平恰好低于寄生可控硅的触发门限，可有效抑制闩扣效应，另因输入侧存在串接的电阻，对电源调整率的要求不高，常规电源即可满足。

信号线路中如何做到过压限流保护，请看这里

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没人理吗？

如果输入端阻抗高，可以将PTC改成一个足够大的电阻

输入阻抗应当蛮高的，可惜IC的datasheet没有这个参数

电阻够大的话，电流就很小。例如如果电阻是10K，

刚刚去实测下Data输入电流

楼主电路中的DATA到底是输入端口还是输出端口或双向端口？

输入

呵呵，是单向端口的

需要低容性的

直接串电阻然后二极管钳位到IC的供电

数据率上到了250Kbps，串联的电阻不能很大，否则也会出现错

明显是错误的设计,关键参数:距离怎么不说?

不论输入还是输出都不能用TVS来做保护

这么晚了大家还在线啊！

通常单串电阻是不够的，还需要接稳压二极管到地或者二极

用个自恢复保险管

果然成为RC滤波了

这时下降沿全靠5.1K下拉电阻，当然不够了。

用恒流源做下拉理论上没问题，但工艺上过于复杂

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