Sulla protezione delle linee I/O

Ciao,

parliamo di schede con uC con classici ingressi/uscite analogici e digitali. I sensori/attuatori esterni si collegano ai connettori, da lì ci sarà il circuito di condizionamento (es. ULN2003 per le uscite, op-amp per gli ingressi digitali ecc...) e infine il segnale arriverà al pin del micro.

Vicino ai connettori sono presenti le protezioni ESD, inversione polarità, cortocircuito ecc...

Vogliamo però proteggere la scheda anche da mascalzonate importanti. Per importanti intendo - purtroppo - tipo collegare la 220V a un ingresso a 24V.

"Protezione" qui è riferita alla sicurezza, in altre parole che non prenda fuoco. La scheda guasta viene sostituita.

Una strada spesso seguita è l'isolamento galvanico. Ma mi domando:

- molto spesso i fotoaccoppiatori non sono gli ultimi componenti prima del connettore. Ad es. posso fotoaccoppiare tra il pin del micro e il mosfet di potenza, non viceversa. Stesso discorso per gli ingressi o uscite analogiche. A volte conviene isolare a livello digitale e poi mettere un DAC e gli op-amp di uscita.

In questo caso cosa succede nell'esempio di cui sopra? Certo il fotoaccoppiatore interviene e preserva il micro... ma tutto il resto a valle? Non abbiamo comunque rischio di arco/combustione o altro, dal momento che la scheda NON è prevista per funzionare con quelle tensioni?

In sintesi il mio dubbio è: ha senso optoisolare per "proteggere" la scheda? La differenza di costo non è affatto indifferente, facilmente può quasi raddoppiare (tra componenti e area PCB aggiuntiva).

Ci sono soluzioni alternative che possano essere più ottimizzate? Penso ad es. a piccoli fusibili di segnale in linea a ciascun I/O.

Grazie per eventuali idee Marco

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Marco Trapanese
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Ciao Marco, nella mia molto piccola esperienza, mi e' capitato di realizzare schede che andassero in mano ad installatori non proprio "attenti", a volte neanche elettricisti, e ne hanno combinate di tutte. Tra queste c'era anche la connessione della 220Vac agli ingressi previsti per basse tensioni. Questi ingressi in genere erano connessi al micro tramite resistenze 0805 da meno di 1k (se non ricoro male tra 470 e 820 a seconda) e condensatori ceramici da 100n. Le schede soggette al trattamento tornavano con qulche pista vaporizzata, qualche resistenza mancante e di soito una nota con su scritto qualcosa tipo "appena montata non funzionava" ;)

Ok, dopo questa lunga ed inutile premessa, potresti pensare a resistenze fusibili, e semplice varistore o TVS, sono fatte apposta per interrompersi con parametri "noti", senza prendere fuoco. Magari molti abusi si risolvono cambiando solo la resistenza, almeno se il varistore e' bello grande.

Tra i vari miracoli che ho visto, mi sono capitati un paio di telecontrolli di caldaie e gas connessi alla 220V, resuscitati dopo aver sostituito solo un transistor smd, ma questo credo sia qlo.

Fabio.

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Fabio_78

Il 10/08/2012 11:18, Fabio_78 ha scritto:

Inutile niente affatto :)

Più o meno era quello che avevo in mente. I TVS li ho già previsti, ma li intendo più per extra-tensioni momentanee (spike). Ovviamente non sono in grado di reggere a lungo una sovratensione.

Io pensavo a qualcosa del genere:

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Interrompono fino a 100 A @ 250 VAC, su elevate correnti si aprono relativamente in fretta e hanno una resistenza di qualche decimo di ohm, così da risultare praticamente trasparenti a basse tensioni.

Che ne pensi? Certo 50 centesimi a I/O non è trascurabile, fanno già 30 euro su una scheda con 60 I/O. L'alternativa è metterci normali resistenze 0805 o meglio 1210, di basso valore e bassa potenza. Ma di che materiale devono essere fatte per vaporizzarsi discretamente?

Su Farnell non trovo "resistenze fusibili" ma solo una delle due cose.

Ciao e grazie! Marco

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Marco Trapanese

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E questi sono fusibili. Io intendevo resistori "fuse rated", li ho scoperti giocando con gli alimentatori switching, molti alimentatori piccoli come i caricabatterie da cellulare ne hanno uno all'ingresso da pochi ohm. Se cerchi resistenze fusibili su RS o fusible resistors su farnell ne trovi da pochi cents a salire.

Hanno senso per valori di resistenza di alcune 10 o 100 di ohm. Infatti se vedi i datasheet, per esempio:

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per un resistore da 100ohm esposto alla 220Vac avresti un picco di corrente di 3.15A e una dissipazione media sul semiperiodo di 484W, che dovrebbe farlo interrompere in un tempo molto breve. Visto che serve per un singolo episodio nella vita della scheda credo sia accettabile, e credo che gli ingressi abbiano comunque una resistenza in serie.

Non so se ne esistono anche smd.

Ciao!

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Fabio_78

Dimenticavo, magari e' una puntualizzazione inutile, ma il TVS o varistore servono sia a limitare a tensione a valle, che a fornire un percorso per la corrente che deve fondere la resistenza o il fusibile, quindi devono reggere l'energia necessaria alla fusione senza saltare.

Fabio.

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Fabio_78

Il 10/08/2012 13:22, Fabio_78 ha scritto:

Si, avevo capito :) Ma non riuscivo a trovarli.

Ecco l'errore, cercavo utilizzando la parola "fusibile" visto che di default farnell imposta l'italiano come lingua di ricerca. Invece ho dovuto inserire il termine inglese (sempre con la ricerca in italiano). Che li possino...

Ho visto che smd ci sono ma costano molto di più. Ho trovato questo:

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costa poco ma non trovo nel datasheet se reggono i 250 VAC.

Si, quindi si metterà la resistenza-fusibile come primo componente su una linea, e il TVS a monte tra la linea e gli 0V.

Anzi, a fare proprio bene le cose, credo si dovrebbe mettere una RF in serie a ciascuna linea (positivo e 0V) e due TVS tra ciascuna linea e una grossa pista di terra, separata dagli 0V. Così si crea un percorso preferenziale che comunque non va a intaccare le piste interne della scheda.

Solo che torniamo ad avere costi e ingombri :)

Ciao! Marco

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Marco Trapanese

Il 10/08/2012 14:45, Marco Trapanese ha scritto:

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Ah, non lo sapevano nemmeno quelli della Tyco... si sono informati e mi hanno fatto sapere:

"Volatage of this resistor is 1.118V"

tsk... dilettanti!

Marco

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Marco Trapanese

Rotfl, ma sanno cosa producono (o marchiano) almeno? Quelli con reofori sono dati per 250V 1/4W e 350V 1/2W.

Non ho capito ancora che garanzie danno che non parta un bell'arco elettrico, vista la distanza tra gli elettrodi.

Io un paio di prove le farei, con un fusibile normale in serie, se salta solo la R e non il fusibile allora ok, ti faresti anche un'idea dell'energia in gioco.

Ciao!

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Fabio_78

Potrebbe avere un senso caricare un banco di condensatori noto a 300V e scaricarlo sul circuito di test misurando poi il calo della ddp per calcolare l'energia.

Giulia

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giulia

Marco Trapanese ha scritto:

=20

E l'installatore attacchera' la 230 tra due ingressi....

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Claudio_F

Il 10/08/2012 21:33, Claudio_F ha scritto:

Se non sbaglio non succede nulla di (troppo) grave, ciascun ingresso vede gli altri distanti 2 TVS. O no?

Marco

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Marco Trapanese

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