- Защита от обратной полярности с помощью диода
- Защита от обратной полярности с использованием P-канального MOSFET
- Необходимый материал
- Принципиальная электрическая схема
- Работа схемы защиты от обратной полярности с использованием P-канального MOSFET
Аккумуляторы - наиболее удобный источник питания для подачи напряжения на электронную схему. Есть много других способов питания электронных устройств, таких как адаптер, солнечная батарея и т. Д., Но наиболее распространенным источником питания постоянного тока является аккумулятор. Обычно все устройства поставляются со схемой защиты от обратной полярности, но если у вас есть какое-либо устройство с батарейным питанием, которое не имеет защиты от обратной полярности, вы всегда должны быть осторожны при замене батареи, иначе это может взорвать устройство.
Таким образом, в этой ситуации схема защиты от обратной полярности будет полезным дополнением к схеме. Существует несколько простых методов защиты схемы от подключения с обратной полярностью, например, использование диода или диодного моста или использование полевого МОП-транзистора с каналом P в качестве переключателя на ВЫСОКОЙ стороне.
Защита от обратной полярности с помощью диода
Использование диода - самый простой и дешевый метод защиты от обратной полярности, но при этом возникает проблема утечки мощности. Когда входное напряжение питания высокое, небольшое падение напряжения может не иметь значения, особенно при низком токе. Но в случае низковольтной операционной системы недопустимо даже небольшое падение напряжения.
Как мы знаем, падение напряжения на диоде общего назначения составляет 0,7 В, поэтому мы можем ограничить это падение напряжения с помощью диода Шоттки, потому что его падение напряжения составляет от 0,3 до 0,4 В, и он также может выдерживать высокие токовые нагрузки. Имейте в виду, выбирая диод Шоттки, потому что многие диоды Шоттки имеют высокую утечку обратного тока, поэтому убедитесь, что вы выберете диод с низким обратным током (менее 100 мкА).
При 4 А потери мощности диодом Шоттки в цепи будут:
4 x 0,4 Вт = 1,6 Вт
А в обычном диоде:
4 х 0,7 = 2,8 Вт.
Вы даже можете использовать мостовой выпрямитель для защиты от обратной полярности, независимо от полярности. Но мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, следовательно, количество потерь энергии будет вдвое больше, чем в приведенной выше схеме с одним диодом.
Защита от обратной полярности с использованием P-канального MOSFET
Использование полевого МОП-транзистора с каналом P для защиты от обратной полярности более надежно, чем другие методы, из-за низкого падения напряжения и возможности высокого тока. Схема состоит из P-канального MOSFET, стабилитрона и понижающего резистора. Если напряжение питания меньше, чем напряжение затвор-исток (Vgs) P-канального MOSFET, вам понадобится только MOSFET без диода или резистора. Вам просто нужно подключить клемму затвора полевого МОП-транзистора к земле.
Теперь, если напряжение питания больше, чем Vgs, вам нужно понизить напряжение между выводом затвора и источником. Компоненты, необходимые для изготовления аппаратной части схемы, упомянуты ниже.
Необходимый материал
- FQP47P06 МОП-транзистор с P-каналом
- Резистор (100к)
- Стабилитрон 9,1 В
- Макетная плата
- Подключение проводов
Принципиальная электрическая схема
Работа схемы защиты от обратной полярности с использованием P-канального MOSFET
Теперь, когда вы подключаете аккумулятор в соответствии с принципиальной схемой с правильной полярностью, он вызывает включение транзистора и позволяет току течь через него. Если батарея подключена в обратном направлении или с обратной полярностью, транзистор выключается, и ваша схема становится защищенной.
Эта схема защиты более эффективна, чем другие. Давайте проанализируем схему, когда батарея подключена правильно, P-Channel MOSFET включится, потому что напряжение между затвором и истоком отрицательное. Формула для определения напряжения между затвором и истоком:
Vgs = (Vg - Vs)
Когда батарея подключена неправильно, напряжение на клемме затвора будет положительным, и мы знаем, что P-канальный MOSFET включается только тогда, когда напряжение на клемме затвора отрицательное (минимум -2,0 В для этого MOSFET или меньше). Таким образом, всякий раз, когда батарея подключается в обратном направлении, цепь будет защищена полевым МОП-транзистором.
Теперь давайте поговорим о потерях мощности в цепи: когда транзистор включен, сопротивление между стоком и истоком почти ничтожно, но для большей точности вы можете просмотреть данные P-Channel MOSFET. Для P-канального МОП-транзистора FQP47P06 статическое сопротивление сток-исток во включенном состоянии (R DS (ON)) составляет 0,026 Ом (макс.). Итак, мы можем рассчитать потери мощности в цепи, как показано ниже:
Потеря мощности = I 2 R
Предположим, через транзистор протекает ток 1 А. Значит потеря мощности будет
Потери мощности = I 2 R = (1A) 2 * 0,026 Ом = 0,026 Вт
Следовательно, потери мощности примерно в 27 раз меньше, чем в схеме с одним диодом. Вот почему использование P-канального MOSFET для защиты от обратной полярности намного лучше, чем другие методы. Он немного дороже диода, но делает схему защиты более безопасной и эффективной.
Мы также использовали стабилитрон и резистор в схеме для защиты от превышения напряжения затвор относительно источника. Добавив резистор и стабилитрон на 9,1 В, мы можем ограничить напряжение затвор-исток максимум до отрицательного значения 9,1 В, поэтому транзистор остается безопасным.