Меню

Защита диодного моста от обратного напряжения

Защита нагрузки от обратной полярности (переполюсовки)

Наиболее распространённым источником постоянного тока при автономном питании является аккумулятор. При проектировании электронных схем, важным фактором является наличие ряда защит, позволяющих безопасно эксплуатировать устройство . В этой статье рассмотрим способы, плюсы и минусы так называемой защиты от обратной полярности, или переполюсовки, при смене аккумулятора.

Самый простой и дешёвый способ защиты от переполюсовки – использование диода. Но такая схема имеет существенный недостаток – падение напряжения на диоде . И если при достаточно высоких напряжениях питания этим падением напряжения можно пренебречь, то для низковольтных схем оно оказывает существенное влияние на работу и автономность.

Использование в качестве защитного диода от переполюсовки Шоттки несколько улучшит ситуацию, поскольку падение на нём имеет более низкие значения 0,2 — 0,4 В .

В схемах защиты от обратной полярности встречается и использование диодного моста . В такой схеме полярность вообще не имеет значения. Но, опять же, потери по сравнению с одним диодом увеличатся вдвое.

Самой простой и эффективной схемой для защиты нагрузки от обратной полярности является использование в качестве выключателя mosfet -транзистора. Почему? Всё дело заключается в ничтожно малом сопротивлении канала исток-сток , которым в принципе можно пренебречь и высоких токах нагрузки. Но давайте будем более точными и займёмся расчётами.

Схема электрическая принципиальная устройства защиты

На представленной схеме использован транзистор VT1 FQP47P06 , максимальный ток стока которого составляет 47А , а сопротивление канала 0,026 Ом . Для защиты затвора включена цепь R1VD1 . Условие протекания тока через нагрузку – правильное включение GB1 , иначе транзистор тупо будет закрыт. И если подсчитать потери мощности, скажем при токе , то получим: I2R – 0,026 Вт . Это в двадцать с лишним раз меньше по сравнению если использовать диод.

Источник



Простая схема защиты от обратной полярности без падения напряжения

Распространенные методы защиты от обратной полярности используют диоды для предотвращения повреждения схемы. При одном подходе, последовательный диод позволяет току течь только при правильной полярности (рис. 1). Вы также можете использовать диодный мост для исправления входа, чтобы схема всегда получала правильную полярность (рис. 2). Недостатком этих подходов является то, что они тратят питание на падении напряжения на диодах. При входном токе 1А, схема на рисунке 1 рассеивает 0.7 Ватт мощности, а схема на рисунке 2 рассеивает 1.4 Ватт.

Читайте также:  Вольтметр измерение напряжения батарейки

293961-Simple_reverse_polarity_protectio

В представленной схеме используется простой метод, который не имеет падения напряжения или пустой траты мощности (рис. 3).

Выбор реле для управления напряжением с обратной полярностью. Например, можно использовать 12В реле для 12В системы питания. При правильной полярности в цепи, D1 в обратном смещении и реле S1 остается выключенным. Тогда вход и выход соединяются контактами реле, и ток идет к концу цепи. Диод D1 блокирует питание реле, и схема защиты не рассеивает мощность.

293963-Simple_reverse_polarity_protectio293964-Simple_reverse_polarity_protectio

Простая схема защиты от обратной полярности не имеет падения напряжения. При неправильной полярности, диод D1 в прямом смещении включает реле (рис. 4). Включение реле включает питание в конец цепи, и включается красный светодиод D3, указывающие на обратную полярность. Схема потребляет энергию только при обратной полярности. В отличие от полевых транзисторов и полупроводниковых выключателей, контакты реле имеют низкое сопротивление, а это означает, что они не вызывают падения напряжения между входным источником и схемой, нуждающейся в защите. Таким образом, конструкция подходит для систем с жесткими ограничениями напряжения.

alecs Опубликована: 16.03.2013 0 1
Вознаградить Я собрал 0 0

Источник

Защита от напряжений обратной полярности с помощью «идеальных диодов»

При разработке электронных устройств с батарейным питанием крайне важно предусмотреть защиту от неправильной установки батареек, чтобы обезопасить электронные компоненты от напряжения обратной полярности. Чаще всего батарейный отсек и контакты выполняют таким образом, чтобы физически было невозможно вставить элемент питания неправильно. Например, в литиевых аккумуляторах, используемых в смартфонах, а так же в стандартных пальчиковых и мизинчиковых батарейках контакты имеют особую форму. Однако в случае с дисковыми элементами питания такой подход не возможен, как и в автомобильных приложениях, где обратная полярность возникает при неверном подключении клемм аккумулятора. В таких случаях для защиты приходится использовать дополнительные электронные компоненты.

Для защиты от обратного напряжения может быть использован простой диод, включенный последовательно с нагрузкой (рис. 1). Однако главным недостатком такого решения становится рост потерь мощности, что является крайне нежелательным для устройств с батарейным питанием. Кроме того, если речь идет о низких напряжениях, то даже незначительное падение напряжения 0,3…0,4 В при использовании диодов Шоттки может быть неприемлемым. Впрочем, для многих автомобильных приложений этот недостаток является не очень критичным.

Читайте также:  Чем заменить делитель напряжения

Последовательный диод является самым простым решением для защиты от напряжений обратной полярности

Рис. 1. Последовательный диод является самым простым решением для защиты от напряжений обратной полярности

Для устранения озвученных недостатков используются различные варианты «идеальных диодов». Например, компания Linear Technology предлагает интегральные решения на базе МОП-транзисторов, которые, в отличие от обычных диодов, обеспечивают минимальный уровень потерь и низкое падение напряжения. Но если вы решите применять подобные микросхемы для защиты от напряжений обратной полярности, в обязательном порядке ознакомьтесь с документацией. Дело в том, что многие из них для этого не предназначены. Например, микросхема LTC4412 обеспечивает такую функцию, а LTC4411 – нет (рис. 2). При этом LTC4412 требует внешнего МОП-транзистора, а LTC4411 имеет встроенный ключ.

Микросхема LTC4412 является альтернативой для обычных диодов

Рис. Микросхема LTC4412 является альтернативой для обычных диодов

В соответствии с устоявшимися правилами именования продуктов Linear Technology, если в описании микросхемы содержится слово «контроллер», то для ее работы требуется внешний МОП-транзистор. LTC4359 представляет собой специализированный контроллер, предназначенный для защиты от напряжений обратной полярности при неверном подключении аккумулятора автомобиля (рис. 3). Эта микросхема способна выдерживать обратное напряжение до 40 В.

Микросхема LTC4359 предназначена для защиты от напряжений обратной полярности при неверном подключении аккумулятора автомобиля

Рис. 3. Микросхема LTC4359 предназначена для защиты от напряжений обратной полярности при неверном подключении аккумулятора автомобиля

К сожалению, сейчас сложно найти специализированную ИС для защиты от напряжений обратной полярности. Впрочем, даже в продвинутых микросхемах питания, например, в зарядных устройствах, защита от обратной полярности также не всегда присутствует. В итоге, эту проблему зачастую приходится решать с помощью схем на дискретных компонентах. Например, схема на базе простого P-канального МОП-транзистора и стабилитрона позволяет отказаться от защитного диода (рис. 4).

Схема защиты от обратной полярности питающего напряжения на базе дискретных компонентов

Рис. 4. Схема защиты от обратной полярности питающего напряжения на базе дискретных компонентов

В предложенной схеме транзистор и стабилитрон выбираются исходя из требований конкретного приложения. Резистор R2 выступает в качестве нагрузки. Стабилитрон D1 защищает транзистор M1 от превышения допустимого значения напряжения затвор-исток. При этом D1 может отсутствовать, если значения допустимых напряжений МОП-ключа превосходят уровни возможных напряжений схемы. Конденсатор С1 гарантирует правильную работу схемы при быстром изменении полярности входного напряжения. Если конденсатор отсутствует, то это может привести к плачевным последствиям (рис. 5).

Читайте также:  Стабилизатор напряжения 12000 ватт

Если конденсатор С1 отсутствует, то при смене полярности входного напряжения от +5 В до -5 В на выходе наблюдается отрицательный выброс напряжения

Рис. 5. Если конденсатор С1 отсутствует, то при смене полярности входного напряжения от +5 В до -5 В на выходе наблюдается отрицательный выброс напряжения

Если напряжение на входе не изменяется, то схема защищает от обратной полярности, даже в том случае, когда конденсатор С1 отсутствует. Однако в момент переключения полярности на выходе наблюдается отрицательный выброс напряжения. Это может привести к повреждению используемых электронных компонентов. Подключение конденсатора С1 решает эту проблему (рис. 6).

При наличии конденсатора С1 схема защищает нагрузку даже при резком изменении полярности входного напряжения

Рис. 6. При наличии конденсатора С1 схема защищает нагрузку даже при резком изменении полярности входного напряжения

Таким образом, при наличии конденсатора С1 схема защищает от обратной полярности даже при быстром изменении входного напряжения. Оставшийся небольшой отрицательный импульс 80 мВ, наблюдаемый на выходе (см. рис. 6), может быть дополнительно уменьшен за счет увеличения емкости конденсатора. Наблюдаемые на осциллограмме выбросы тока связаны с перезарядкой С1 при переключениях. Стоит отметить, что при смене модели транзистора может потребоваться корректировка номиналов пассивных компонентов. Например, для более мощного транзистора скорее всего будет необходимо увеличение емкости конденсатора С1.

При подключении P-канального МОП-транзистора следует быть очень внимательным. Если перепутать сток и исток, то при возникновении обратной полярности встроенный диод окажется открытым, и отрицательное напряжение будет приложено прямо к нагрузке. Это же замечание касается и рассмотренных выше микросхем от Linear Technology. В приведенных схемах (рис. 2, рис. 3) встроенный диод открывается при положительном входном напряжении и остается открытым до тех пор, пока не включится МОП-транзистор. Если же пороговое напряжение затвор-исток для ключа достаточно мало, то встроенный диод и МОП-транзистор могут включаться практически одновременно.

Использование специализированной ИС, такой, например, как LTC4349, позволяет сократить время разработки, однако стоимость подобного решения будет выше по сравнению со схемой на дискретных компонентах. Кроме того, при создании автомобильных приложений важно помнить, что устройство должно соответствовать требованиям устойчивости к кондуктивным помехам в цепях питания в соответствии со стандартом ISO7637-2.

Источник