- Ochrana proti přepólování pomocí diody
- Ochrana proti přepólování pomocí P-kanálu MOSFET
- Potřebný materiál
- Kruhový diagram
- Práce s obvodem ochrany proti přepólování pomocí P-kanálu MOSFET
Baterie jsou nejvhodnějším zdrojem energie pro napájení elektronického obvodu. Existuje mnoho dalších způsobů, jak napájet elektronická zařízení, jako je adaptér, solární článek atd., Ale nejběžnějším zdrojem stejnosměrného napájení je baterie. Obecně jsou všechna zařízení dodávána s obvodem ochrany proti přepólování, ale pokud máte nějaké zařízení napájené z baterie, které nemá ochranu proti přepólování, musíte být při výměně baterie vždy opatrní, jinak může zařízení vybouchnout.
V této situaci by tedy obvod ochrany proti přepólování byl užitečným doplňkem obvodu. Existuje několik jednoduchých metod k ochraně obvodu před připojením s opačnou polaritou, například pomocí diody nebo diodového můstku nebo pomocí P-kanálu MOSFET jako přepínače na VYSOKÉ straně.
Ochrana proti přepólování pomocí diody
Použití diody je nejjednodušší a nejlevnější metoda ochrany proti přepólování, ale má problém s únikem energie. Když je vstupní napájecí napětí vysoké, malý pokles napětí nemusí být důležitý, zvláště když je proud nízký. Ale v případě nízkonapěťového operačního systému je i malý pokles napětí nepřijatelný.
Jak víme, pokles napětí napříč univerzální diodou je 0,7V, takže můžeme tento pokles napětí omezit pomocí Schottkyho diody, protože jeho pokles napětí je kolem 0,3V až 0,4V a vydrží i vysoké proudové zatížení. Při výběru Schottkyho diody buďte opatrní, protože spousta Schottkyho diod přichází s vysokým únikem reverzního proudu, takže se ujistěte, že si vyberete diodu s nízkým reverzním proudem (méně než 100 uA).
Při 4 A bude ztráta energie Schottkyho diodou v obvodu:
4 x 0,4 W = 1,6 W
A v běžné diodě:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Pro ochranu proti přepólování můžete dokonce použít usměrňovač s plným můstkem, bez ohledu na polaritu. Můstkový usměrňovač se ale skládá ze čtyř diod, a proto bude množství energetického odpadu dvojnásobné oproti energetickému odpadu ve výše uvedeném obvodu s jedinou diodou.
Ochrana proti přepólování pomocí P-kanálu MOSFET
Použití P-kanálu MOSFET pro ochranu proti přepólování je spolehlivější než jiné metody, kvůli nízkému poklesu napětí a schopnosti vysokého proudu. Obvod se skládá z P-kanálu MOSFET, Zenerovy diody a stahovacího odporu. Pokud je napájecí napětí menší než napětí Gate-to-Source (Vgs) P-kanálu MOSFET, potřebujete pouze MOSFET bez diody nebo rezistoru. Musíte jen připojit terminál brány MOSFET k zemi.
Nyní, pokud je napájecí napětí vyšší než Vgs, musíte snížit napětí mezi svorkou brány a zdrojem. Níže jsou uvedeny komponenty potřebné pro výrobu hardwaru obvodu.
Potřebný materiál
- FQP47P06 P-kanál MOSFET
- Rezistor (100k)
- Zenerova dioda 9,1 V
- Nepájivá deska
- Připojení vodičů
Kruhový diagram
Práce s obvodem ochrany proti přepólování pomocí P-kanálu MOSFET
Nyní, když připojujete baterii podle schématu zapojení, se správnou polaritou, způsobí to zapnutí tranzistoru a umožní protékání proudu. Pokud je baterie připojena obráceně nebo s obrácenou polaritou, tranzistor se vypne a váš obvod bude chráněn.
Tento ochranný obvod je účinnější než jiné. Pojďme analyzovat obvod, když je baterie připojena správným způsobem, P-Channel MOSFET se zapne, protože napětí mezi bránou a zdrojem je záporné. Vzorec pro zjištění napětí mezi branou a zdrojem je:
Vgs = (Vg - Vs)
Pokud je baterie připojena nesprávně, napětí na svorce brány bude kladné a víme, že P-Channel MOSFET se zapne pouze tehdy, když je napětí na svorce brány záporné (minimálně -2,0 V pro tento MOSFET nebo méně). Takže kdykoli je baterie připojena v opačném směru, obvod bude chráněn MOSFET.
Nyní hovořme o ztrátě energie v obvodu, když je tranzistor zapnutý, odpor mezi odtokem a zdrojem je téměř zanedbatelný, ale abychom byli přesnější, můžete projít datovým listem P-kanálu MOSFET. Pro MOSFET s kanálem P FQP47P06 je rezistence na statický odtokový zdroj (R DS (ON)) 0,026Ω (max.). Můžeme tedy vypočítat ztrátu energie v obvodu takto:
Ztráta výkonu = I 2 R
Předpokládejme, že tok proudu tranzistorem je 1A. Takže ztráta energie bude
Ztráta výkonu = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Ztráta výkonu je tedy asi 27krát menší než u obvodu používajícího jedinou diodu. Proto je použití P-kanálu MOSFET pro ochranu proti přepólování mnohem lepší než u jiných metod. Je to o něco nákladnější než dioda, ale činí ochranný obvod mnohem bezpečnějším a efektivnějším.
Také jsme použili Zenerovu diodu a rezistor v obvodu pro ochranu proti překročení hradlového napětí. Přidáním odporu a Zenerovy diody 9,1 V můžeme upnout napětí zdroje brány na záporné 9,1 V, proto tranzistor zůstává bezpečný.