- Защита от обратна полярност с помощта на диод
- Защита от обратна полярност с помощта на P-Channel MOSFET
- Необходим материал
- Електрическа схема
- Работа на верига за защита от обратна полярност с помощта на P-Channel MOSFET
Батериите са най-удобният източник на захранване за подаване на напрежение към електронна верига. Има много други начини за захранване на електронни устройства, като адаптер, соларна клетка и т.н. По принцип всички устройства се доставят с верига за защита от обратна полярност, но ако имате устройство, работещо с батерии, което няма защита срещу обратна полярност, винаги трябва да бъдете внимателни, докато сменяте батерията, в противен случай може да взриви устройството.
Така че, в тази ситуация схемата за защита от обратна полярност би била полезно допълнение към веригата. Има няколко прости метода за защита на веригата от връзка с обратна полярност, като например използване на диод или диоден мост или чрез използване на P-Channel MOSFET като превключвател на HIGH страна.
Защита от обратна полярност с помощта на диод
Използването на диод е най-лесният и евтин метод за защита от обратна полярност, но има проблем с изтичането на енергия. Когато входното захранващо напрежение е високо, малък спад на напрежението може да няма значение, особено когато токът е нисък. Но в случай на операционна система с ниско напрежение, дори малко количество спадане на напрежението е неприемливо.
Тъй като знаем, че спада на напрежението на диод с общо предназначение е 0,7 V, така че можем да ограничим този спад на напрежението, като използваме диод на Шотки, тъй като неговият спад на напрежението е около 0,3 V до 0,4 V и може да издържи и на големи токови натоварвания. Бъдете наясно, докато избирате диод на Шотки, защото много диоди на Шотки се предлагат с високо изтичане на обратен ток, така че се уверете, че ще изберете такъв с нисък обратен ток (по-малко от 100uA).
При 4 ампера загубата на мощност от диод на Шотки във веригата ще бъде:
4 x 0.4W = 1.6W
И в обикновения диод:
4 х 0,7 = 2,8W.
Можете дори да използвате изправител с пълен мост за защита от обратна полярност, тъй като това е независимо от полярността. Но мостовият токоизправител се състои от четири диода, поради което количеството загуба на енергия ще бъде два пъти по-голямо от загубата на енергия в горната схема с един диод.
Защита от обратна полярност с помощта на P-Channel MOSFET
Използването на P-Channel MOSFET за защита от обратна полярност е по-надеждно от другите методи, поради ниско спадане на напрежението и висока токова способност. Веригата се състои от P-Channel MOSFET, ценеров диод и падащ резистор. Ако захранващото напрежение е по-малко от напрежението Gate-to-Source (Vgs) на P-канал MOSFET, тогава ви трябва само MOSFET без диод или резистор. Просто трябва да свържете терминала на портата на MOSFET към земята.
Сега, ако захранващото напрежение е повече от Vgs, тогава трябва да изпуснете напрежението между терминала на портата и източника. Компонентите, необходими за изработката на хардуера на веригата, са посочени по-долу.
Необходим материал
- FQP47P06 P-Channel MOSFET
- Резистор (100k)
- 9.1V ценеров диод
- Макет
- Свързване на проводници
Електрическа схема
Работа на верига за защита от обратна полярност с помощта на P-Channel MOSFET
Сега, когато свържете батерията според схемата, с правилна полярност, тя кара транзистора да се включва и позволява на тока да тече през него. Ако батерията е свързана назад или с обратна полярност, тогава транзисторът се изключва и вашата верига се защитава.
Тази схема за защита е по-ефективна от другите. Нека анализираме веригата, когато батерията е свързана по правилния начин, P-Channel MOSFET ще се включи, защото напрежението между портата и източника е отрицателно. Формулата за намиране на напрежението между порта и източника е:
Vgs = (Vg - Vs)
Когато батерията е свързана неправилно, напрежението на терминала на портата ще бъде положително и знаем, че P-Channel MOSFET се включва само когато напрежението на терминала на порта е отрицателно (минимум -2.0V за този MOSFET или по-малко). Така че, когато батерията е свързана в обратна посока, веригата ще бъде защитена от MOSFET.
Сега, нека да поговорим за загубата на мощност във веригата, когато транзисторът е ВКЛ., Съпротивлението между източване и източник е почти незначително, но за да бъдете по-точни, можете да прегледате листа с данни на P-Channel MOSFET. За P-канален MOSFET на FQP47P06 статичното съпротивление при източване (R DS (ON)) е 0,026Ω (макс.). И така, можем да изчислим загубата на мощност във верига, както по-долу:
Загуба на мощност = I 2 R.
Да приемем, че текущият поток през транзистора е 1А. Така че загубата на мощност ще бъде
Загуба на мощност = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Следователно загубата на мощност е около 27 пъти по-малка от веригата, използваща единичен диод. Ето защо използването на P-Channel MOSFET за защита от обратна полярност е далеч по-добро от другите методи. Това е малко по-скъпо от диода, но прави защитната верига много по-безопасна и ефективна.
Също така използвахме Zener Diode и резистор във веригата за защита срещу превишаване на напрежението на порта към източника. Чрез добавяне на резистора и ценеровия диод от 9.1V, можем да затегнем напрежението на порта-източник до максимум отрицателно 9.1V, поради което транзисторът остава в безопасност.