- Zaščita obrnjene polarnosti z uporabo diode
- Zaščita pred povratno polarnostjo z uporabo P-Channel MOSFET-a
- Potreben material
- Shema vezja
- Delovanje vezja za zaščito pred povratno polarnostjo z uporabo P-Channel MOSFET-a
Baterije so najprimernejši vir napajanja za napajanje elektronskega vezja. Obstaja veliko drugih načinov za vklop elektronskih naprav, kot so adapter, sončna celica itd., A najpogostejši enosmerni napajalnik je baterija. Na splošno imajo vse naprave vgrajeno vezje za zaščito pred povratno polarnostjo, če pa imate katero koli baterijsko napravo, ki nima zaščite pred povratno polarnostjo, morate biti vedno previdni pri menjavi baterije, sicer lahko napravo razstreli.
Torej, v tem primeru bi bilo vezje za zaščito pred povratno polarnostjo koristen dodatek k vezju. Obstaja nekaj preprostih metod za zaščito vezja pred povezavo z obratno polarnostjo, na primer z uporabo diode ali diodnega mostu ali z uporabo P-Channel MOSFET kot stikala na VISOKI strani.
Zaščita obrnjene polarnosti z uporabo diode
Uporaba diode je najlažji in najcenejši način zaščite pred povratno polarnostjo, vendar ima problem puščanja električne energije. Kadar je vhodna napajalna napetost visoka, lahko majhen padec napetosti ni pomemben, zlasti kadar je tok nizek. Toda v primeru nizkonapetostnega operacijskega sistema je tudi majhen padec napetosti nesprejemljiv.
Ker vemo, da je padec napetosti na splošni diodi 0,7 V, lahko ta padec napetosti omejimo z uporabo Schottkyjeve diode, ker je njen padec napetosti približno 0,3 V do 0,4 V in je odporen tudi na velike tokovne obremenitve. Pri izbiri Schottkyjeve diode bodite pozorni, saj ima veliko Schottkyjevih diod visoko reverzno uhajanje, zato se prepričajte, da ste izbrali takšno z nizkim povratnim tokom (manj kot 100uA).
Pri 4 amperih bo izguba moči s Schottkyjevo diodo v vezju:
4 x 0,4 W = 1,6 W
In v navadni diodi:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Za zaščito pred povratno polarnostjo lahko celo uporabite usmernik s polnim mostom, ne glede na polarnost. Toda mostični usmernik je sestavljen iz štirih diod, zato bo količina izgube električne energije dvakrat večja kot v zgoraj omenjenem vezju z eno diodo.
Zaščita pred povratno polarnostjo z uporabo P-Channel MOSFET-a
Uporaba P-Channel MOSFET-a za zaščito pred povratno polarnostjo je zaradi nizkega padca napetosti in velikega toka zanesljivejša od drugih metod. Vezje je sestavljeno iz P-Channel MOSFET-a, Zener-diode in padajočega upora. Če je napajalna napetost manjša od napetosti od vhoda do vira (Vgs) P-kanalnega MOSFET-a, potrebujete le MOSFET brez diode ali upora. Preprosto morate povezati vhodni terminal MOSFET-a s tlemi.
Zdaj, če je napajalna napetost večja od Vgs, morate spustiti napetost med terminalom vrat in virom. Komponente, potrebne za izdelavo strojne opreme vezja, so omenjene spodaj.
Potreben material
- FQP47P06 P-kanalni MOSFET
- Upor (100k)
- 9,1V Zener dioda
- Breadboard
- Povezovanje žic
Shema vezja
Delovanje vezja za zaščito pred povratno polarnostjo z uporabo P-Channel MOSFET-a
Zdaj, ko akumulator priključite v skladu s shemo vezja, s pravilno polarnostjo povzroči, da se tranzistor vklopi in omogoči tok skozi tok. Če je baterija priključena nazaj ali v obratni polarnosti, se tranzistor IZKLOPI in vaše vezje se zaščiti.
To zaščitno vezje je učinkovitejše od drugih. Analizirajmo vezje, ko je baterija pravilno priključena, P-Channel MOSFET se vklopi, ker je napetost med vrati in virom negativna. Formula za iskanje napetosti med vrati in izvorom je:
Vgs = (Vg - Vs)
Če je akumulator nepravilno priključen, bo napetost na vhodni sponki pozitivna in vemo, da se P-Channel MOSFET vklopi samo, če je napetost na vhodni sponki negativna (najmanj -2,0 V za ta MOSFET ali manj). Torej, kadar je baterija priključena v obratni smeri, bo vezje zaščiteno z MOSFET-om.
Zdaj pa se pogovorimo o izgubi moči v vezju, ko je tranzistor vklopljen, je upor med odtokom in izvorom skoraj zanemarljiv, vendar če želite biti natančnejši, lahko preberete podatkovni list P-Channel MOSFET-a. Za P-kanalni MOSFET FQP47P06 je statična odpornost proti odtoku (R DS (ON)) 0,026Ω (maks.). Torej lahko izračunamo izgubo moči v vezju, kot spodaj:
Izguba moči = I 2 R
Predpostavimo, da je trenutni tok skozi tranzistor 1A. Torej bo izguba moči
Izguba moči = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Tako je izguba moči približno 27-krat manjša od vezja z eno diodo. Zato je uporaba P-Channel MOSFET-a za zaščito pred povratno polarnostjo veliko boljša od drugih metod. Je nekoliko dražji od diode, vendar je zaščitni tokokrog veliko varnejši in učinkovitejši.
V vezju smo uporabili tudi Zenerjevo diodo in upor za zaščito pred preseganjem napetosti do vira. Če dodamo upor in Zenerjevo diodo 9,1V, lahko napetost vhodnega vira vpnemo na največ negativnih 9,1V, zato ostane tranzistor varen.