Меню

Защита от обратного напряжения с помощью диода

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

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты
Читайте также:  Пробивное обратное напряжение диода

Чтение RSS

Как защитить схему, используя только диод

Подключение питания с неправильной полярностью – это распространенная ошибка с довольно неприятными последствиями. К счастью, защита вашего устройства от подключения с обратной полярностью также довольно проста.

Как защитить схему, используя только диод

Плохие вещи могут произойти, когда вы меняете полярность питания вашего устройства. Переключение положительных и отрицательных линий питания, вероятно, является основным методом появления дыма из блестящей новой печатной платы, и это на самом деле лучший сценарий, чем появление какого-то малозаметного повреждения, которое приводит к недоумению или прерывистым сбоям. Обратная полярность также может возникать после фазы тестирования и разработки. Современные устройства, как правило, имеют защиту для предотвращения неправильного подключения к силовому кабелю, но даже лучшие из нас могут иногда вставлять аккумулятор, не глядя на диаграмму полярности.

Желательно использовать все доступные средства, чтобы сделать подключение с обратную полярностью физически невозможным, но суть в том, что устройство никогда не является действительно безопасным, если сама схема не сможет выдержать обратное напряжение питания. В этой статье мы рассмотрим два простых, но очень эффективных способа сделать вашу схему надежной относительно ошибок с питанием.

Защита от обратной полярности с помощью диода

Да, все, что вам нужно, это один диод. Это действительно работает, но, конечно, более сложное решение может обеспечить лучшую эффективность. Идея здесь состоит в том, чтобы последовательно установить диод на линию питания.

Как защитить схему, используя только диод

Если вы не знакомы с этой техникой, эта схема может показаться немного странной: может ли диод изменить полярность приложенного напряжения? Может ли это действительно «изолировать» схему от приложенного напряжения? Он, конечно, не может «отменить» обратную полярность, но он может изолировать остальную часть схемы от этого явления просто потому, что он не будет проводить ток, когда напряжение катода выше анодного напряжения. Таким образом, в ситуации с обратной полярностью обратные токи не могут протекать, а напряжение на нагрузке не будет совпадать с напряжением обратной линии питания, поскольку диод функционирует как разомкнутая цепь.

Читайте также:  Перепад напряжения для зарядки

Схема LTspice, показанная выше, позволяет нам исследовать переходное и установившееся поведение схемы защиты диода. Первоначально напряжение питания составляет 0 В, затем оно резко изменяется до -3 В. Идея здесь заключается в том, чтобы имитировать эффект неправильной установки двух 1,5-вольтовых батарей (или одной батареи 3 В). Моделирование включает сопротивление нагрузки (соответствующее схеме, которая потребляет около 3 мА) и емкость нагрузки (соответствующая развязывающим конденсатора для нескольких ИС).

Как защитить схему, используя только диод

Вы можете видеть, что через диод протекает некоторый обратный ток (то есть катод-анод). Переходный ток очень мал, и более длительный ток является незначительным. Однако ток течет, и, следовательно, катодная сторона не полностью «плавает»; вместо этого в цепи нагрузки имеется очень малое обратное напряжение. Однако это не является установившимся условием. Если мы продолжим моделирование до 300 мс, мы увидим следующее.

Как защитить схему, используя только диод

Так как емкость нагрузки заряжается и становится разомкнутой цепью, ток падает до нуля (точнее, 0.001 фемтоампер, в соответствии с LTspice), и, следовательно, нет никакого обратного напряжения на нагрузке. Вывод здесь заключается в том, что диод не идеален, но, он достаточно близок к хорошему решению.

Защита от обратной полярности с помощью диода Шоттки

Более эффективным решением является использование диода Шоттки. Данный подход уменьшает потери напряжения и рассеивание мощности. Вот модифицированная схема моделирования.

Как защитить схему, используя только диод

Ниже приведен график переходного и стационарного отклика схемы, основанной на диоде Шоттки.

Как защитить схему, используя только диод

Вы можете видеть, что обратный ток и обратное напряжение на нагрузке намного больше, чем мы наблюдали в случае с обычным диодом. Впрочем, более высокий обратный ток утечки является известным недостатком диодов Шоттки, хотя в этом конкретном применении обратный ток по-прежнему намного ниже, чем все, что вызывает серьезную озабоченность. Поэтому, когда дело доходит до защиты от обратной полярности, диоды Шоттки определенно предпочтительны.

Читайте также:  Споттер с напряжением 220

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.

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