- Ochrana proti prepólovaniu pomocou diódy
- Ochrana proti prepólovaniu pomocou P-kanálového MOSFET
- Potrebný materiál
- Schéma zapojenia
- Pracovanie obvodu ochrany proti prepólovaniu pomocou P-kanálového MOSFETu
Batérie sú najvýhodnejším zdrojom energie na napájanie elektronického obvodu. Existuje mnoho ďalších spôsobov, ako napájať elektronické zariadenia, ako je adaptér, solárny článok atď., Ale najbežnejším zdrojom napájania DC je batéria. Všeobecne všetky prístroje sú vybavené prepólovaniu okruhu, ale ak máte nejaké batériový prevádzku zariadení, ktoré nemajú prepólovaniu potom vždy musí byť opatrní pri výmene batérie, inak môže vyhodiť do povetria zariadení.
V tejto situácii by teda obvod ochrany proti prepólovaniu bol užitočným doplnkom obvodu. Existuje niekoľko jednoduchých metód na ochranu obvodu pred pripojením s opačnou polaritou, napríklad použitím diódy alebo diódového mostíka alebo použitím P-kanálového MOSFETu ako prepínača na VYSOKEJ strane.
Ochrana proti prepólovaniu pomocou diódy
Používanie diódy je najjednoduchšou a najlacnejšou metódou ochrany proti prepólovaniu, ale má problém s únikom energie. Keď je vstupné napájacie napätie vysoké, nemusí na tom malý pokles napätia záležať, najmä keď je prúd nízky. Ale v prípade nízkonapäťového operačného systému je aj malý pokles napätia neprijateľný.
Ako vieme, pokles napätia na dióde na všeobecné použitie je 0,7 V, takže môžeme tento pokles napätia obmedziť použitím Schottkyho diódy, pretože jeho pokles napätia je okolo 0,3 V až 0,4 V a vydrží aj vysoké prúdové zaťaženie. Pri výbere Schottkyho diódy buďte obozretní, pretože veľa Schottkyho diód má vysoký únik reverzného prúdu, takže si vyberte jednu z nich s nízkym spätným prúdom (menej ako 100uA).
Pri 4 ampéroch bude strata výkonu Schottkyho diódy v obvode:
4 x 0,4 W = 1,6 W
A v bežnej dióde:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Na ochranu proti prepólovaniu môžete dokonca použiť usmerňovač s úplným mostíkom, pretože je to bez ohľadu na polaritu. Můstkový usmerňovač sa ale skladá zo štyroch diód, a preto bude množstvo energetického odpadu dvojnásobné oproti energetickému odpadu vo vyššie uvedenom obvode s jedinou diódou.
Ochrana proti prepólovaniu pomocou P-kanálového MOSFET
Používanie MOSFETu s kanálom P na ochranu proti prepólovaniu je spoľahlivejšie ako iné metódy z dôvodu nízkeho poklesu napätia a vysokej prúdovej schopnosti. Obvod sa skladá z P-kanálového MOSFETu, Zenerovej diódy a sťahovacieho odporu. Ak je napájacie napätie menšie ako napätie typu Gate-to-Source (Vgs) M-kanála P-kanála MOSFET, budete potrebovať iba MOSFET bez diódy alebo odporu. Musíte len pripojiť terminál brány MOSFET k zemi.
Teraz, ak je napájacie napätie väčšie ako Vgs, musíte poklesnúť napätie medzi svorkou brány a zdrojom. Ďalej sú uvedené komponenty potrebné na výrobu hardvéru obvodu.
Potrebný materiál
- FQP47P06 P-kanálový MOSFET
- Rezistor (100k)
- 9,1 V Zenerova dióda
- Nepál
- Pripojenie drôtov
Schéma zapojenia
Pracovanie obvodu ochrany proti prepólovaniu pomocou P-kanálového MOSFETu
Teraz, keď pripájate batériu podľa schémy zapojenia, so správnou polaritou, spôsobí to zapnutie tranzistora a umožní mu prúdiť prúd. Ak je batéria pripojená opačne alebo opačne, potom sa tranzistor vypne a váš obvod bude chránený.
Tento ochranný obvod je účinnejší ako iné. Poďme analyzovať obvod, keď je batéria pripojená správnym spôsobom, P-kanálový MOSFET sa zapne, pretože napätie medzi bránou a zdrojom je záporné. Vzorec na zistenie napätia medzi bránou a zdrojom je:
Vgs = (Vg - Vs)
Ak je batéria pripojená nesprávne, napätie na svorke brány bude kladné a vieme, že P-kanál MOSFET sa zapne iba vtedy, keď je napätie na svorke brány záporné (minimálne -2,0 V pre tento MOSFET alebo menej). Takže kedykoľvek je batéria pripojená v opačnom smere, obvod bude chránený MOSFETom.
Teraz si povieme niečo o strate výkonu v obvode, keď je tranzistor zapnutý, odpor medzi odtokom a zdrojom je takmer zanedbateľný, ale aby sme boli presnejší, môžete si prečítať technický list P-kanálového MOSFETu. Pre FQP47P06 P-kanálový MOSFET je statický odtokový zdroj typu On-Resistance (R DS (ON)) 0,026Ω (max.). Takže môžeme vypočítať stratu výkonu v obvode takto:
Strata výkonu = I 2 R
Predpokladajme, že prúdový prúd cez tranzistor je 1A. Strata výkonu teda bude
Strata výkonu = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Strata výkonu je teda asi 27-krát menšia ako v prípade obvodu používajúceho jednu diódu. Preto je použitie P-kanálového MOSFETu na ochranu proti prepólovaniu oveľa lepšie ako iné metódy. Je to o niečo nákladnejšie ako dióda, ale robí ochranný obvod oveľa bezpečnejším a efektívnejším.
Použili sme tiež Zenerovu diódu a rezistor v obvode na ochranu pred prekročením hradlového napätia. Pridaním odporu a Zenerovej diódy 9,1 V môžeme upnúť napätie zdroja brány na záporných 9,1 V, takže tranzistor zostáva bezpečný.