3.3V GPIO에서 12V 입력, TVS 풀다운 또는 쇼트 키 풀업?

3.3V 입력의 STM32F에 최대 30V DC의 영구 입력을 수용해야하는 자체 PLC를 구축하고 있습니다.

스위치 입력은 8-30V에서 작동해야하지만 입력 전압이 12V 또는 24V로 고정되는 시간의 90 %입니다. 입력은 리미트 스위치와 같은 스위치 일 뿐이므로 감지에 신경 쓰지 않습니다. 8V 미만의 입력 또는 센서 등의 입력도 스위치가 가장 빠르게 움직일 때마다 1 초마다 속도가 걱정되지 않습니다. 내 마이크로 컨트롤러가 보호되어 있는지 확인하면됩니다.

유사한 유형의 여러 제품 / 프로젝트에서 사용할 수있는 범용 회로를 원하므로 구성 요소 수, 비용 및 PCB 공간이 최소한이어야하므로 광 커플러를 실제로 사용하고 싶지 않습니다.

두 명의 전자 엔지니어가 다음을 추천했지만 어떤 방법이 가장 적합한 지 잘 모르겠습니다.

맨 위 또는 맨 아래를 사용해야합니까? 왜요?

이것은 실제로 PLC의 오래된 문제이며 의도 한 솔루션만큼 간단하지는 않습니다.

가장 큰 문제는 처리 할 수있는 다양한 잠재적 논리 전압이있을뿐 아니라 실제 논리 레벨은 내부적으로 사용중인 3.3V 레일보다 훨씬 높을 수 있다는 것입니다. 일부 센서 및 장치에는 5V 이상의 로직 임계 값이 있습니다. 따라서 지시 한대로 차단 회로를 사용하면 그러한 센서에서 저수준을 감지하지 못합니다.

PLC의 입력 단계는 훨씬 더 유연해야합니다.

낮은 레벨의 로직 레벨이 수용 가능하더라도 이러한 회로는 각각 다른 문제를 겪습니다.

제너 / TVS 제한.

이 회로는 알려진 입력 전압의 경우 전압이 레일 전압을 초과하지 않도록 크기를 조정할 수 있다는 이점이 있습니다. 일반적으로 레일보다 역 전압은 작지만 하이 레벨 로직 임계 값보다 높은 제너를 선택합니다.

그러나 제너는 입력 신호가 떨어지면 신호가 지연되는 리버스 복구 시간의 형태로 패널티를 지불하기 때문에 역방향 바이어스를 많이 사용합니다.

$V_{IH}$

오버 레일 제한 다이오드

레일까지 다이오드를 사용하면 출력 전압이 여전히 Vcc를 약간 초과하는 문제가 있습니다. 그러나 이것은 여전히 ​​입력에 해를 끼칠 수 있습니다. 또한,이 경우, 역 회복 시간은 빠른 입력 에지를 위해 고전압이 매우 짧게 통과 할 것을 의미한다.

그래서

$V_{OL}$

대안

옵토 커플 링.

PLC가 사용하는 일반적인 방법은 광 커플러를 사용하는 것입니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이 방법은 절연 및 접지 분리의 추가 이점을 제공합니다. 문제는 LED가 올바른 임계 값에서 켜지고 올바른 양의 전류가 LED를 통해 공급되도록 센서와 입력 사이에 일종의 신호 컨디셔닝이 필요하다는 것입니다. 이 컨디셔닝은 위에 표시된 간단한 저항 또는 일종의 비교기를 포함하는 복잡한 회로 일 수 있습니다.

옵토 커플러의 속도 또한 제한 요소입니다. 그러나이 방법은 완벽한 유연성을 제공하기 때문에 일반적으로 사용됩니다.

아날로그 입력 컨디셔닝

또 다른 방법은 신호를 아날로그 형식으로 받아 들여서 히스테리시스가있는 변수 참조와 비교 한 다음 그런 식으로 논리 레벨을 생성하는 것입니다.

^{이 회로를 시뮬레이션}

분명히 최대 입력 전압을 수용하기 위해 비교기를 포함한 구성 요소를 선택해야합니다. 표시된 회로는 상당히 간단하며 필터, 조정기, ESD 보호 등으로 훨씬 더 복잡해질 수 있습니다.

콤비네이션

격리를 위해 위의 내용을 결합하여 비교기가 정전류 드라이버에 옵토 커플러의 LED를 공급하도록 할 수 있습니다.

제품을 개발하는 경우 PC의 카드에 사용하는 것처럼 "마더"보드의 카드 에지 소켓에 꽂을 수있는 작은 플러그인 모듈에 모든 것을 조립합니다. 그렇게하면 튀김을하면 쉽게 교체 할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 다른 입력 유형 (예 : 광섬유 입력)을 사용할 수 있습니다.

100k가 너무 높습니다. 근처의 거의 모든 릴레이 또는 스위칭 작업에서 트리거됩니다. 당신이 나에게 요청하면 PLC에 대해 실제로 신뢰할 수 없습니다.

PLC 에는 실제로 표준과 규정이 있습니다. 모든 PLC 벤더가 설치에서 유사한 동작을 갖기를 원하기 때문에 다양한 모델을 문제없이 서로 연결할 수 있다면 좋을 것입니다.

예를 들어, 입력은 그것에게 고려 에서 그 mA ~ 적어도 2 싱킹 때와는 10V 이상이다. (IEC 61131-2)

패시브를 사용하면 정확하게 얻을 수 없으므로 SN65HVS880과 같은 부품이 있습니다.

이전 답변에서 패시브 *를 사용하여이 동작에 접근하는 방법에 대한 개략적 인 예를 제공했습니다.

간단한 100K와 BAT54S는 신뢰할 수 없을 것입니다. 경험을 통해 알 수 있습니다.

이전 답변

* 별도의 슈미트 트리거는 필수가 아닙니다

둘 다 허용됩니다. 입력 전류로 인해 입력 전압이 V_IH 아래로 떨어지지 않도록 저항의 크기가 올바르게 설정되어 있는지 확인해야하지만 CMOS를 사용하면 입력 전류가 너무 작아 (100k는 거의 확실)

두 번째로 유일한주의 사항은 3.3v의 총 부하가 30V / 100k보다 적어야한다는 것입니다 (많은 입력이 있지만) 3.3V 레일을 끌어 올릴 수 있다는 것입니다 장치에 손상을 줄 수있는 전압. 마이크로를 휴면 모드로 설정하면 약간 줄어 듭니다.

다른주의 사항은 두 경우 모두 100k 저항이 입력 커패시턴스와 함께 저역 통과 필터로 작동하여 입력 속도가 느려진다는 것입니다. 입력 커패시턴스가 10pF 인 경우 최대 토글 속도는 약 100kHz이고 지연은 약 2 마이크로 초입니다.