Arduinoの端子を過電圧から守る方法について

質問

Arduino初心者です。

Arduinoのアナログ入力を使おうと思っております。

（１）
アナログ入力端子は５．５V以上を印加すると壊れると聞きました。
ですが私の接続したいセンサーは希に５．５Vを超えることがあります。
（例えば1分に1秒ぐらい９Vぐらいが印加されてしまう）
こういった場合、端子を保護する回路をつければよいかと思うのですが
その回路を教えて下さい（センサーの出力を縮小させるのではなくクランプしたい）。

（２）
上記において、勉強した結果、ショットキーバリアダイオードで電源ライン（+5V端子）からクランプ
すればいいようなことが書いてありました。確かに５V以上（例えば９V）がかかれば、ダイオードを
通って電源ラインに電流が流れると思うので、アナログ端子は守られる気がします。
しかしながら私の理論では、こんどは電源ライン（+5V端子）に逆電圧がかかるわけで、
結局ボードが壊れてしまうのではないかという気がします。私の理論のどこが間違っているか
ご指摘お願い致します。

回答No.2

mtaka2 · ベストアンサー

> ダイオードの順方向電圧降下0.6Vが関係しますので、5.6V以上が入力端子にかからないということになると思います。

シリコンダイオードは順方向電圧降下が0.6Vぐらい有りますので、クランプ回路をシリコンダイオードで組むと、確かに入力端子に最大5.6Vぐらいがかかってしまうことになります。

そのための対策が、質問者さん自身が挙げられている「ショットキーバリアダイオード」を使うことです。
ショットバリアダイオードは製品にもよりますが電圧降下は0.2～0.4V程度です。ですので、入力端子にかかる電圧は5.2～5.4V程度に抑えられます。

お礼

ありがとうございます！
確かにショットキーバリアダイオードの順方向電圧を調べたところ0.5V以下でした。
これで安心して使えます！

ありがとうございました！

回答No.3

masudaya

センサからの電流が少ないのであれば,
ツェナーダイオードをセンサに並列に入れてはいかがでしょうか.
5.1V5.6V,6.2Vは標準にあったかと思います.
ただし,逆電圧には対応できませんので注意が必要です.
(単なるダイオードの順方向電圧になるから逆電圧は0.6V位でクリップします.)
厳密に5.5Vを超えると壊れるということはないと思いますが,
5.6V品のランクで選んで実際に確認してみればいいかと思います.

お礼

ありがとうございます！
確かにツェナーダイオードでもいけそうです！
保護回路でいろいろ検索したところツェナーダイオードによる保護回路があまり引っかからず、クランプダイオードによる保護とのメリットデメリットが今のところよくわかっていませんが、こんかいはショットキーバリアダイオードのよるクランプでいこうとおもいます。

ありがとうございました！

回答No.1

mtaka2

質問者さん自身が(2)で書かれている、「ダイオードによるクランプ回路」が一番簡単ですね。

その場合、ダイオードのアノードおよびアナログ入力が繋がっている端子と、測定したい電圧源との間に、ある程度の抵抗を入れます。
そうすることで、入力電圧が5Vを超えた場合でも、その電圧は主に抵抗が受け持ちますので、電源ラインに過電圧がかかることはありません。
(例えば、抵抗とLEDを直列にしたLED点灯回路を想像してみてください。これは言ってしまえば「+5V電源を、LEDというダイオードと抵抗を通して0V端子に直結」する回路です。でも、そういう回路を作ったからといって「0V端子にそれより5V高い電圧がかかって過電圧になる」ような心配はありません。ダイオードと抵抗の端子間が5Vという電圧を受け持ちますので、過電圧にならないのです。ダイオードクランプ回路も、ダイオードと抵抗が4Vの電圧を受け持ちますので、「+5V端子にそれより4V高い電圧がかかる」ようなことはないのです)

そういったクランプ回路については、

http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/lim.html

このページなんかが参考になるでしょうか。

抵抗値は、小さすぎると、過電圧がかかったときに流れる電流が大きくなってしまいます。
でも、抵抗値が大きすぎると、その部分での電圧低下などで、電圧測定の精度が落ちてしまいます。
どのぐらいの抵抗値がいいかは、センサー側の出力インピーダンス(出力性能)によっても変わってきますので、試行錯誤してください。

補足

早速の御回答有り難うございます！
抵抗が電圧を吸収する具体例について大変よく理解出来ました！
電源ラインが過電圧にならないシステムも理解いたしました。

ただ、ひとつ問題が自分の中で新たにできました。
arduinoの入力端子は5.5Vで壊れるようです。
ここで、arduinoの+5V端子からダイオードでクランプするとダイオードの順方向電圧降下0.6Vが関係しますので、5.6V以上が入力端子にかからないということになると思います。これでは5.5Vを超えてしまいますので、壊れてしまうとおもいます。
こういった場合、実践的にどのようにすればよろしいのでしょうか。