Circuit de protecție invers polaritate

Bateriile sunt cea mai convenabilă sursă de alimentare pentru a furniza tensiune unui circuit electronic. Există multe alte modalități de a porni dispozitivele electronice, cum ar fi adaptorul, celula solară etc., dar cea mai comună sursă de alimentare DC este bateria. În general, toate dispozitivele sunt echipate cu circuit de protecție împotriva polarității inverse, dar dacă aveți un dispozitiv acționat pe baterie care nu are protecție inversă împotriva polarității, atunci trebuie să fiți întotdeauna atenți în timp ce schimbați bateria, altfel poate arunca în aer dispozitivul.

Deci, în această situație, circuitul de protecție împotriva polarității inverse ar fi o completare utilă la circuit. Există câteva metode simple pentru a proteja circuitul de conexiunea de polaritate inversă, cum ar fi utilizarea unei diode sau a unei diode Bridge sau prin utilizarea MOSFET-ului P-Channel ca întrerupător pe partea HIGH.

Protecție polaritate inversă folosind diodă

Utilizarea unei diode este cea mai ușoară și mai ieftină metodă pentru protecția inversă a polarității, dar are o problemă de scurgere de energie. Atunci când tensiunea de alimentare de intrare este ridicată, este posibil să existe o mică cădere de tensiune, mai ales atunci când curentul este scăzut. Dar în cazul unui sistem de operare de joasă tensiune, chiar și o cantitate mică de cădere de tensiune este inacceptabilă.

După cum știm, căderea de tensiune pe o diodă de uz general este de 0,7 V, astfel încât să putem limita această cădere de tensiune utilizând dioda Schottky, deoarece căderea de tensiune a acesteia este în jur de 0,3 V până la 0,4 V și poate rezista și cu sarcini de curent ridicate. Fiți conștienți în timp ce alegeți o diodă Schottky, deoarece o mulțime de diode Schottky vine cu scurgeri mari de curent invers, deci asigurați-vă că veți alege una cu curent invers redus (mai puțin de 100uA).

La 4 Amperi, pierderea de putere de către o diodă Schottky în circuit va fi:

4 x 0,4W = 1,6W

Și în diodă obișnuită:

4 x 0,7 = 2,8W.

Puteți folosi chiar și un redresor Full-bridge pentru protecția inversă a polarității, deoarece este indiferent de polaritate. Dar redresorul de punte este format din patru diode, prin urmare cantitatea de energie consumată va fi de două ori mai mare decât cea consumată în circuitul de mai sus cu o singură diodă.

Protecție împotriva polarității inverse utilizând MOSFET cu canal P

Utilizarea unui MOSFET cu canal P pentru protecția inversă a polarității este mai fiabilă decât alte metode, datorită căderii de tensiune scăzută și a capacității de curent mare. Circuitul este format dintr-un MOSFET cu canal P, diodă Zener și un rezistor de tragere. Dacă tensiunea de alimentare este mai mică decât tensiunea Gate-to-Source (Vgs) a MOSFET cu canal P, atunci aveți nevoie doar de MOSFET fără diodă sau rezistor. Trebuie doar să conectați terminalul de poartă al MOSFET-ului la sol.

Acum, dacă tensiunea de alimentare este mai mare decât Vgs, atunci trebuie să renunțați la tensiunea dintre terminalul porții și sursă. Componentele necesare pentru realizarea hardware-ului circuitului sunt menționate mai jos.

Material necesar

• FQP47P06 MOSFET cu canal P
• Rezistor (100k)
• 9,1V Zener Diode
• Breadboard
• Conectarea firelor

Diagrama circuitului

Funcționarea circuitului de protecție împotriva polarității inverse utilizând MOSFET cu canal P

Acum, când conectați bateria conform schemei de circuite, cu polaritatea corectă, aceasta determină pornirea tranzistorului și permite curentul să curgă prin ea. Dacă bateria este conectată înapoi sau în polaritate inversă, atunci tranzistorul se oprește și circuitul dvs. este protejat.

Acest circuit de protecție este mai eficient decât altele. Să analizăm circuitul când bateria este conectată corect, MOSFET-ul P-Channel se va porni deoarece tensiunea dintre poartă și sursă este negativă. Formula pentru găsirea tensiunii între poartă și sursă este:

Vgs = (Vg - Vs)

Când bateria este conectată incorect, tensiunea la terminalul porții va fi pozitivă și știm că MOSFET P-Channel se aprinde numai atunci când tensiunea la terminalul porții este negativă (minim -2,0V pentru acest MOSFET sau mai puțin). Deci, ori de câte ori bateria este conectată în sens invers, circuitul va fi protejat de MOSFET.

Acum, să vorbim despre pierderea de putere din circuit, când tranzistorul este pornit, rezistența dintre drenaj și sursă este aproape neglijabilă, dar pentru a fi mai exacți, puteți accesa fișa tehnică a MOSFET-ului P-Channel. Pentru FQP47P06 MOSFET cu canal P, rezistența statică la sursa de scurgere (R _{DS (ON)}) este de 0,026Ω (max.). Deci, putem calcula pierderea de putere în circuit ca mai jos:

Pierdere de putere = I ² R

Să presupunem că debitul de curent prin tranzistor este 1A. Deci pierderea de putere va fi

Pierdere de putere = I ² R = (1A) ² * 0,026Ω = 0,026W

Prin urmare, pierderea de putere este de aproximativ 27 de ori mai mică decât circuitul utilizând o singură diodă. De aceea, utilizarea unui MOSFET cu canal P pentru protecția inversă a polarității este mult mai bună decât alte metode. Este puțin mai costisitor decât dioda, dar face circuitul de protecție mult mai sigur și eficient.

De asemenea, am folosit o diodă Zener și un rezistor în circuit pentru protecția împotriva depășirii tensiunii de la poartă la sursă. Prin adăugarea rezistorului și a diodei Zener de 9,1V, putem fixa tensiunea sursei porții la un maxim de 9,1V negativ, prin urmare tranzistorul rămâne în siguranță.