- Ochrona przed odwrotną polaryzacją za pomocą diody
- Ochrona przed odwrotną polaryzacją za pomocą tranzystora P-Channel MOSFET
- Wymagany materiał
- Schemat obwodu
- Działanie obwodu zabezpieczającego przed odwrotną polaryzacją za pomocą tranzystora P-Channel MOSFET
Baterie są najwygodniejszym źródłem zasilania do dostarczania napięcia do obwodu elektronicznego. Istnieje wiele innych sposobów zasilania urządzeń elektronicznych, takich jak adapter, ogniwo słoneczne itp., Ale najpopularniejszym źródłem zasilania prądem stałym jest bateria. Generalnie wszystkie urządzenia są wyposażone w obwód zabezpieczający przed odwrotną polaryzacją, ale jeśli masz jakiekolwiek urządzenie zasilane bateryjnie, które nie ma zabezpieczenia przed odwrotną polaryzacją, zawsze musisz zachować ostrożność podczas wymiany baterii, w przeciwnym razie może to spowodować wysadzenie urządzenia.
Tak więc w tej sytuacji Obwód Zabezpieczający Odwrotną Polaryzacją byłby przydatnym dodatkiem do obwodu. Istnieje kilka prostych metod ochrony obwodu przed odwrotną polaryzacją, na przykład użycie diody lub mostka diodowego lub użycie P-Channel MOSFET jako przełącznika po stronie WYSOKIEJ.
Ochrona przed odwrotną polaryzacją za pomocą diody
Korzystanie z diody jest najłatwiejszą i najtańszą metodą ochrony przed odwrotną polaryzacją, ale wiąże się to z problemem upływu mocy. Gdy napięcie wejściowe jest wysokie, niewielki spadek napięcia może nie mieć znaczenia, zwłaszcza gdy prąd jest niski. Jednak w przypadku niskonapięciowego systemu operacyjnego, nawet niewielki spadek napięcia jest niedopuszczalny.
Jak wiemy, spadek napięcia na diodzie ogólnego przeznaczenia wynosi 0,7 V, więc możemy ograniczyć ten spadek za pomocą diody Schottky'ego, ponieważ jej spadek napięcia wynosi około 0,3 V do 0,4 V i może ona również wytrzymać duże obciążenia prądowe. Pamiętaj, wybierając diodę Schottky'ego, ponieważ wiele diod Schottky'ego ma duży upływ prądu wstecznego, więc upewnij się, że wybierzesz taką z niskim prądem wstecznym (mniej niż 100uA).
Przy 4 A utrata mocy przez diodę Schottky'ego w obwodzie będzie wynosić:
4 x 0,4 W = 1,6 W.
A w zwykłej diodzie:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Możesz nawet użyć prostownika z pełnym mostkiem do ochrony przed odwrotną polaryzacją, ponieważ jest to niezależnie od polaryzacji. Ale prostownik mostkowy składa się z czterech diod, stąd ilość strat mocy będzie dwukrotnie większa niż w powyższym obwodzie z pojedynczą diodą.
Ochrona przed odwrotną polaryzacją za pomocą tranzystora P-Channel MOSFET
Użycie tranzystora P-Channel MOSFET do ochrony przed odwrotną polaryzacją jest bardziej niezawodne niż inne metody, ze względu na niski spadek napięcia i wysokie natężenie prądu. Obwód składa się z tranzystora MOSFET z kanałem P, diody Zenera i rezystora obniżającego. Jeśli napięcie zasilania jest mniejsze niż napięcie bramka-źródło (Vgs) tranzystora MOSFET z kanałem P, potrzebujesz tylko tranzystora MOSFET bez diody lub rezystora. Wystarczy podłączyć zacisk bramki MOSFET-u do masy.
Teraz, jeśli napięcie zasilania jest większe niż Vgs, musisz obniżyć napięcie między zaciskiem bramki a źródłem. Komponenty wymagane do wykonania sprzętu obwodu wymieniono poniżej.
Wymagany materiał
- FQP47P06 MOSFET z kanałem P.
- Rezystor (100k)
- Dioda Zenera 9,1 V.
- Płytka prototypowa
- Podłączanie przewodów
Schemat obwodu
Działanie obwodu zabezpieczającego przed odwrotną polaryzacją za pomocą tranzystora P-Channel MOSFET
Teraz po podłączeniu akumulatora zgodnie ze schematem obwodu, przy prawidłowej biegunowości, tranzystor włącza się i pozwala na przepływ prądu przez niego. Jeśli akumulator jest podłączony odwrotnie lub w odwrotnej polaryzacji, tranzystor wyłącza się, a obwód jest chroniony.
Ten obwód ochronny jest bardziej wydajny niż inne. Przeanalizujmy obwód, gdy akumulator jest podłączony we właściwy sposób, tranzystor P-Channel MOSFET włączy się, ponieważ napięcie między bramką a źródłem jest ujemne. Wzór na znalezienie napięcia między bramką a źródłem to:
Vgs = (Vg - Vs)
Gdy akumulator jest podłączony nieprawidłowo, napięcie na zacisku bramki będzie dodatnie i wiemy, że tranzystor P-Channel MOSFET włącza się tylko wtedy, gdy napięcie na zacisku bramki jest ujemne (minimum -2,0 V dla tego MOSFET-u lub mniej). Więc ilekroć akumulator jest podłączony w odwrotnym kierunku, obwód będzie chroniony przez MOSFET.
Porozmawiajmy teraz o stratach mocy w obwodzie, gdy tranzystor jest WŁĄCZONY, rezystancja między drenem a źródłem jest prawie pomijalna, ale aby być dokładniejszym, można przejść przez arkusz danych tranzystora P-Channel MOSFET. W przypadku tranzystora MOSFET z kanałem P FQP47P06 rezystancja statycznego źródła drenu (R DS (ON)) wynosi 0,026 Ω (maks.). Możemy więc obliczyć stratę mocy w obwodzie jak poniżej:
Strata mocy = I 2 R.
Załóżmy, że przepływ prądu przez tranzystor wynosi 1A. Więc utrata mocy będzie
Strata mocy = I 2 R = (1 A) 2 * 0,026 Ω = 0,026 W.
Stąd straty mocy są około 27 razy mniejsze niż w obwodzie z pojedynczą diodą. Dlatego użycie tranzystora P-Channel MOSFET do ochrony przed odwrotną polaryzacją jest znacznie lepsze niż inne metody. Jest trochę droższy niż dioda, ale sprawia, że obwód ochronny jest znacznie bezpieczniejszy i wydajniejszy.
Zastosowaliśmy również diodę Zenera i rezystor w obwodzie do ochrony przed przekroczeniem bramki do napięcia źródła. Dodając rezystor i diodę Zenera 9,1 V, możemy zacisnąć napięcie źródła bramki do maksymalnie ujemnego 9,1 V, dzięki czemu tranzystor pozostaje bezpieczny.