- Захист від зворотної полярності за допомогою діода
- Захист від зворотної полярності за допомогою P-канального MOSFET
- Необхідний матеріал
- Кругова діаграма
- Робота схеми захисту від зворотної полярності за допомогою P-канального MOSFET
Батареї є найбільш зручним джерелом живлення для подачі напруги в електронну схему. Є багато інших способів включити електронні пристрої, такі як адаптер, сонячний елемент тощо, але найпоширенішим джерелом живлення постійного струму є акумулятор. Як правило, всі пристрої постачаються із схемою захисту від зворотної полярності, але якщо у вас є пристрій, що працює від акумулятора, який не має захисту від зворотної полярності, то завжди потрібно бути обережним під час заміни батареї, інакше це може підірвати пристрій.
Отже, у цій ситуації схема захисту від зворотної полярності була б корисним доповненням до схеми. Існує кілька простих методів захисту схеми від підключення із зворотною полярністю, таких як використання діода або діодного моста або використання P-канального MOSFET як перемикача на високій стороні.
Захист від зворотної полярності за допомогою діода
Використання діода - це найпростіший і найдешевший метод захисту від зворотної полярності, але він має проблему витоку енергії. Коли вхідна напруга живлення висока, незначне падіння напруги може не мати значення, особливо коли струм низький. Але у випадку низьковольтної операційної системи неприпустимо навіть незначне падіння напруги.
Як ми знаємо, падіння напруги на діоді загального призначення становить 0,7 В, тому ми можемо обмежити це падіння напруги, використовуючи діод Шотткі, оскільки його падіння напруги становить близько 0,3 В до 0,4 В, і він також може витримувати високі струмові навантаження. Будьте уважні, вибираючи діод Шотткі, оскільки багато діодів Шотткі постачаються з високим витоком зворотного струму, тому переконайтеся, що ви виберете той, що має низький зворотний струм (менше 100 мкА).
При 4 амперах втрати потужності діодом Шотткі в ланцюзі становитимуть:
4 х 0,4 Вт = 1,6 Вт
А в звичайному діоді:
4 х 0,7 = 2,8 Вт.
Ви навіть можете використовувати повномостовий випрямляч для захисту від зворотної полярності, як це не залежно від полярності. Але мостовий випрямляч складається з чотирьох діодів, отже, кількість відходів електроенергії буде вдвічі більшою, ніж втрата потужності у вищезазначеній схемі з одним діодом.
Захист від зворотної полярності за допомогою P-канального MOSFET
Використання P-канального MOSFET для захисту від зворотної полярності надійніше інших методів через низьке падіння напруги та потужність струму. Схема складається з P-канального MOSFET, стабілітрона та випадаючого резистора. Якщо напруга живлення менше напруги від джерела до джерела (Vgs) P-канального MOSFET, тоді вам потрібен лише MOSFET без діода або резистора. Вам просто потрібно підключити клемму затвора MOSFET до землі.
Тепер, якщо напруга живлення перевищує Vgs, вам доведеться скинути напругу між затвором затвора та джерелом. Компоненти, необхідні для виготовлення апаратного забезпечення схеми, згадані нижче.
Необхідний матеріал
- FQP47P06 P-канальний MOSFET
- Резистор (100k)
- Стабілітрон 9,1 В
- Макет
- Підключення проводів
Кругова діаграма
Робота схеми захисту від зворотної полярності за допомогою P-канального MOSFET
Тепер, коли ви підключаєте акумулятор відповідно до принципової схеми, з правильною полярністю, це змушує транзистор включатися і дозволяє струму протікати через нього. Якщо акумулятор підключений назад або з зворотною полярністю, тоді транзистор вимикається, і ваша схема захищається.
Ця схема захисту є більш ефективною, ніж інші. Давайте проаналізуємо схему, коли акумулятор підключений правильним чином, P-канальний MOSFET увімкнеться, оскільки напруга між затвором та джерелом від’ємне. Формула для знаходження напруги між затвором і джерелом має вигляд:
Vgs = (Vg - Vs)
Якщо акумулятор підключено неправильно, напруга на затворі затвора буде позитивним, і ми знаємо, що P-канальний MOSFET вмикається лише тоді, коли напруга на затворі затвору від’ємне (мінімум -2,0 В для цього MOSFET або менше). Отже, коли акумулятор підключений у зворотному напрямку, ланцюг буде захищений MOSFET.
Тепер давайте поговоримо про втрати потужності в ланцюзі, коли транзистор увімкнений, опір між стоком і джерелом майже незначний, але для більш точної ви можете переглянути таблицю даних M-транзистора P-Channel. Для P-канального MOSFET-каналу FQP47P06 статичний вхідний опір джерела стоку (R DS (ON)) становить 0,026 Ом (макс.). Отже, ми можемо розрахувати втрати потужності в ланцюзі, як показано нижче:
Втрата потужності = I 2 R
Припустимо, струм струму через транзистор дорівнює 1А. Тож втрата потужності буде
Втрата потужності = I 2 R = (1A) 2 * 0,026 Ом = 0,026 Вт
Отже, втрата потужності приблизно в 27 разів менша, ніж схема, що використовує один діод. Ось чому використання P-Channel MOSFET для захисту від зворотної полярності набагато краще, ніж інші методи. Це трохи дорожче, ніж діод, але робить схему захисту набагато безпечнішою та ефективною.
Ми також використовували діод стабілітрона та резистор у ланцюзі для захисту від перевищення затвора до джерела напруги. Додавши резистор і діод стабілітрона 9,1 В, ми можемо затиснути напругу джерела затвора до максимуму мінус 9,1 В, отже, транзистор залишається безпечним.