Κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας

Οι μπαταρίες είναι η πιο βολική πηγή τροφοδοσίας για την παροχή τάσης σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα. Υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι, για την ενεργοποίηση ηλεκτρονικών συσκευών, όπως προσαρμογέας, ηλιακή κυψέλη κ.λπ. αλλά η πιο συνηθισμένη τροφοδοσία DC είναι η μπαταρία. Γενικά, όλες οι συσκευές συνοδεύονται από κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας, αλλά αν έχετε συσκευή με μπαταρία που δεν διαθέτει προστασία αντίστροφης πολικότητας, τότε πρέπει πάντα να είστε προσεκτικοί κατά την αλλαγή της μπαταρίας, διαφορετικά μπορεί να ανατινάξει τη συσκευή.

Έτσι, σε αυτήν την περίπτωση το κύκλωμα προστασίας αντίστροφης πολικότητας θα ήταν μια χρήσιμη προσθήκη στο κύκλωμα. Υπάρχουν μερικές απλές μέθοδοι για την προστασία του κυκλώματος από σύνδεση αντίστροφης πολικότητας, όπως η χρήση μιας διόδου ή της γέφυρας διόδων ή η χρήση του P-Channel MOSFET ως διακόπτης στην πλευρά ΥΨΗΛΗΣ.

Προστασία αντίστροφης πολικότητας χρησιμοποιώντας δίοδο

Η χρήση μιας διόδου είναι η ευκολότερη και φθηνότερη μέθοδος για την προστασία αντίστροφης πολικότητας, αλλά έχει πρόβλημα διαρροής ρεύματος. Όταν η τάση τροφοδοσίας εισόδου είναι υψηλή, μια μικρή πτώση τάσης μπορεί να μην έχει σημασία, ειδικά όταν το ρεύμα είναι χαμηλό. Αλλά σε περίπτωση λειτουργίας χαμηλής τάσης, ακόμη και μια μικρή ποσότητα πτώσης τάσης είναι απαράδεκτη.

Όπως γνωρίζουμε ότι η πτώση τάσης σε μια δίοδο γενικής χρήσης είναι 0,7V, έτσι μπορούμε να περιορίσουμε αυτήν την πτώση τάσης χρησιμοποιώντας τη δίοδο Schottky επειδή η πτώση τάσης της είναι περίπου 0,3V έως 0,4V και μπορεί επίσης να αντέξει με υψηλά φορτία ρεύματος. Να είστε προσεκτικοί όταν επιλέγετε μια δίοδο Schottky, επειδή πολλές δίοδοι Schottky συνοδεύονται από υψηλή διαρροή αντίστροφης ροής, οπότε βεβαιωθείτε ότι θα επιλέξετε μια με χαμηλό αντίστροφο ρεύμα (λιγότερο από 100uA).

Στα 4 Amps, η απώλεια ισχύος από μια δίοδο Schottky στο κύκλωμα θα είναι:

4 x 0,4W = 1,6W

Και σε συνηθισμένη δίοδο:

4 x 0,7 = 2,8W.

Μπορείτε ακόμη και να χρησιμοποιήσετε ανορθωτή πλήρους γέφυρας για προστασία αντίστροφης πολικότητας, ανεξάρτητα από την πολικότητα. Όμως, ο ανορθωτής γέφυρας αποτελείται από τέσσερις διόδους, επομένως η ποσότητα των απορριμμάτων ισχύος θα είναι διπλάσια από τα απόβλητα ισχύος στο παραπάνω κύκλωμα με μία δίοδο.

Προστασία αντίστροφης πολικότητας χρησιμοποιώντας P-Channel MOSFET

Η χρήση ενός καναλιού P MOSFET για προστασία αντίστροφης πολικότητας είναι πιο αξιόπιστη από άλλες μεθόδους, λόγω πτώσης χαμηλής τάσης και υψηλής ικανότητας ρεύματος. Το κύκλωμα αποτελείται από P-Channel MOSFET, δίοδο Zener και αντίσταση pull-down. Εάν η τάση τροφοδοσίας είναι μικρότερη από την τάση πύλης προς πηγή (Vgs) του καναλιού P MOSFET, τότε χρειάζεστε μόνο το MOSFET χωρίς δίοδο ή αντίσταση. Απλά πρέπει να συνδέσετε τον τερματικό πύλης του MOSFET στο έδαφος.

Τώρα, εάν η τάση τροφοδοσίας είναι μεγαλύτερη από το Vgs τότε πρέπει να μειώσετε την τάση μεταξύ του τερματικού πύλης και της πηγής. Τα στοιχεία που απαιτούνται για την κατασκευή του υλικού του κυκλώματος αναφέρονται παρακάτω.

Απαιτούμενο υλικό

• FQP47P06 P-Channel MOSFET
• Αντίσταση (100k)
• Δίοδος Zener 9.1V
• Ψωμί
• Σύνδεση καλωδίων

Διάγραμμα κυκλώματος

Λειτουργία του κυκλώματος προστασίας αντίστροφης πολικότητας με χρήση του P-Channel MOSFET

Τώρα, όταν συνδέετε την μπαταρία σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος, με τη σωστή πολικότητα, προκαλεί την ενεργοποίηση του τρανζίστορ και επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει μέσα από αυτό. Εάν η μπαταρία είναι συνδεδεμένη προς τα πίσω ή με αντίστροφη πολικότητα, τότε το τρανζίστορ απενεργοποιείται και το κύκλωμα σας προστατεύεται.

Αυτό το κύκλωμα προστασίας είναι πιο αποτελεσματικό από άλλα. Ας αναλύσουμε το κύκλωμα όταν η μπαταρία είναι σωστή, το P-Channel MOSFET θα ανάψει επειδή η τάση μεταξύ πύλης και πηγής είναι αρνητική. Ο τύπος για την εύρεση της τάσης μεταξύ πύλης και πηγής είναι:

Vgs = (Vg - Vs)

Όταν η μπαταρία δεν είναι σωστά συνδεδεμένη, η τάση στον ακροδέκτη πύλης θα είναι θετική και γνωρίζουμε ότι το P-Channel MOSFET ενεργοποιείται μόνο όταν η τάση στον ακροδέκτη πύλης είναι αρνητική (ελάχιστο -2,0V για αυτό το MOSFET ή λιγότερο). Έτσι, κάθε φορά που η μπαταρία συνδέεται σε αντίστροφη κατεύθυνση, το κύκλωμα θα προστατεύεται από το MOSFET.

Τώρα, ας μιλήσουμε για την απώλεια ισχύος στο κύκλωμα, όταν το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο, η αντίσταση μεταξύ αποστράγγισης και πηγής είναι σχεδόν αμελητέα, αλλά για να είμαστε πιο ακριβείς, μπορείτε να περάσετε από το φύλλο δεδομένων του P-Channel MOSFET. Για το FQP47P06 P-channel MOSFET, το Static Drain-Source On-Resistance (R _{DS (ON)}) είναι 0,026Ω (μέγ.). Έτσι, μπορούμε να υπολογίσουμε την απώλεια ισχύος στο κύκλωμα όπως παρακάτω:

Απώλεια ισχύος = I ² R

Ας υποθέσουμε ότι η τρέχουσα ροή μέσω του τρανζίστορ είναι 1Α. Έτσι, η απώλεια ισχύος θα είναι

Απώλεια ισχύος = I ² R = (1A) ² * 0,026Ω = 0,026W

Ως εκ τούτου, η απώλεια ισχύος είναι περίπου 27 φορές μικρότερη από το κύκλωμα χρησιμοποιώντας μία δίοδο. Γι 'αυτό η χρήση ενός P-Channel MOSFET για προστασία αντίστροφης πολικότητας είναι πολύ καλύτερη από άλλες μεθόδους. Είναι λίγο ακριβότερο από τη δίοδο, αλλά κάνει το κύκλωμα προστασίας πολύ πιο ασφαλές και αποτελεσματικό.

Χρησιμοποιήσαμε επίσης μια δίοδο Zener και μια αντίσταση στο κύκλωμα για την προστασία από υπέρβαση τάσης πύλης προς πηγή. Προσθέτοντας την αντίσταση και τη δίοδο Zener 9.1V, μπορούμε να στερεώσουμε την τάση της πηγής πύλης στο μέγιστο αρνητικό 9.1V, επομένως το τρανζίστορ παραμένει ασφαλές.