Как установить защитный диод по питанию
Перейти к содержимому

Как установить защитный диод по питанию

  • автор:

Защита от переполюсовки.

Защита от переполюсовки.

Чтобы отличить плюс от минуса, надпиливаю один из выводов, но по невнимательности всё равно бывает ошибаюсь и подключаю выводы неправильно. О последствиях переполюсовки рассказывать не буду, расскажу лучше как этого избежать. Но для начала пару слов о том, что такое переполюсовка, обычно у устройства, которое питается постоянным током два вывода, к одному из них подключается положительный вывод источника питания, к другому отрицательный. Но никто не мешает(если, конечно же производитель не позаботилися об этом)подключить их наоборот, такое подключение выводов и называют переполюсовкой.

Самый простой способ защититься от переполюсовки — это включить последовательно диод, тогда при ошибке подключения ток не потечёт.

Защита от переполюсовки.

Этот способ работает, но у него есть два недостатка: первый — это большое падение напряжения на диоде, порядка 0.7 вольта, что недопустимо для низковольтных цепей(3.3 и 5 вольт), второй — это мощность, которую он рассеивает. Так как через этот диод протекает ток, питающий всё устройство, то на нём рассеивается большая мощность, которая выделяется в виде тепла. Допустим, наше устройство потребляет 1А тогда мощность которую будет рассеивать диод равна.

Защита от переполюсовки.

Немного улучшить ситуацию можно используя диод Шоттки, который обладает меньшим падением напряжения, порядка 0.4 вольта, но для низковольтных цепей такое решение всё равно не подходит.

Защита от переполюсовки.

Получается, что идеальный для наших целей элемент должен обладать низким сопротивлением, тогда и падение напряжения на нём будет малым. И такой элемент существует, конечно же, это полевой транзистор, сопротивление канала современных mosfet’ов составляет миллиомы или десятки миллиом.

Защита от переполюсовки.

При подключении источника питания ток течёт через паразитный диод(он образуется при производстве из-за не совершенства технологического процесса), на котором падает порядка 1V, в результате чего напряжение на истоке становится равным Uпит -1 и разность напряжений затвор-исток открывает полевой транзистор.

Давайте вернёмся к низковольтной цепи, которая питается от 5V и в которую мы так и не смогли пристроить диод. Полевой транзистор возьмём из серии IRLML, которая управляется логическим уровнем, а именно IRLML_6401, сопротивление открытого канала, у которого 50 миллиом, а пороговое напряжение открытия VGS(th) от -0.4V до -0.95V.

Защита от переполюсовки.

На схеме видно, что напряжение затвор-исток гораздо ниже порогового, указанного в даташите и можно быть уверенным, что транзистор откроется.

При токе 1А падение напряжения на транзисторе составит 0.05V против 0.4V на диоде Шоттки, что вполне приемлемо.

Защита от переполюсовки.

Но это лишь одна сторона медали, если использовать данную схему при высоких напряжениях, то у неё появляется недостаток — это малое напряжение пробоя затвор — исток, поэтому для применения в высоковольтных цепях схему надо немного усложнить, как показано ниже.

Защита от переполюсовки.

Таким образом, мы с помощью стабилитрона ограничили напряжение затвор — исток, тем самым защитив транзистор, а излишки напряжения упадут на резисторе.

Как оказалось, производители электронных компонентов знают про этот трюк, и выпускают уже готовые сборки, например CSD25201W15, которые состоят из mosfet’a, стабилитрона и резистора.

Защита от переполюсовки.

Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.

Защита от переполюсовки.

Существует еще один способ защиты от переполюсовки и заключается он в том, что параллельно нагрузке ставится диод, а на входе последовательно ставится предохранитель. При соблюдении полярности ток через диод не течёт, при переполюсовке ток начинает течь по цепи диод — предохранитель и так как ток ни чем не ограничен предохранитель должен сгореть.

Защита от переполюсовки.

Выше был описан идеальный сценарий, на самом деле может быть и наоборот, раньше сгорит диод и тут вопрос в том, уйдёт ли он в обрыв сгорая или нет.
Пока ток течёт через диод, к схеме приложено напряжение обратной полярности равное падению напряжения на диоде(иногда чтобы уменьшить его используют диод Шоттки), но если диод уходит в обрыв, к схеме прикладывается полное напряжение питания, но обратной полярности, то есть происходит переполюсовка и схема выходит из строя. Советовать этот способ не стал бы, но знать о нём нужно и дело тут не столько в самом способе(можно взять диод максимальный ток которого в два раза превышает ток предохранителя и предохранитель, который сгорает при кратковременном броске тока(flink)), сколько в качестве современных электронных компонентов, которые зачастую неизвестного происхождения.

Защита устройств от неправильной подачи полярности питания

image
При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.

Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.

Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.

Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.

Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:

При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.

Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.

Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

  • электроника для начинающих
  • схемотехника
  • Схемотехника
  • Электроника для начинающих

Как установить защитный диод по питанию

Текущее время: Сб мар 09, 2024 21:22:42

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024

Как установить защитный диод по питанию

Не редко даже опытные электронщики допускают ошибки при подключении источника питания к электронным устройствам, происходит это конечно же не из — за отсутствия определенных навыков и знаний, а часто из — за спешки или не внимательности. Феномен известный — переполюсовка, и для приборов питающихся постоянным напряжением частенько такое включение бывает фатальным.
Многие производители устройств питающихся от отдельного источника питания (например: автомобильные усилители, автомагнитолы, портативные телевизоры и мониторы и др.) применяют защиту от переполюсовки в своих устройствах, как правило это обычный диод включенный по входу после предохранителя рис. 1., в таких устройствах после переполюсовки сгорает предохранитель и как правило пробивает защитный диод, на исправление ошибки уже потребуется потратить время хоть и не много.

Защита от переполюсовки

Минусов в этой схеме не мало, и зачастую «псевдо мастера» пытаются починить это все по месту и с гвоздем вместо предохранителя все же дожигают устройство. .
Другое дело если бы устройство питалось от любой полярности, то есть само коммутировало себе питание, своеобразная «защита от дураков» — если так можно сказать. Первое что приходит на ум это конечно старый добрый диодный мост на входе в устройство рис. 2.

Защита от переполюсовки

Такое устройство будет питаться от любой полярности, ну и конечно же и от переменного и импульсного тока тоже, как видно на схеме выше, при питании от разной полярности ток просто протекает через определенный диод, и как не подключай питание — устройство будет работать, и страшного ничего не произойдет. Но конечно же в этой схеме есть и существенные недостатки: статические потери при протекании токов, от сюда и потеря напряжения и выделение существенного тепла, поэтому применять такую схему можно только для устройств с малым током потребления.
Вариант улучшенной схемы коммутатора питания показан на рис.3, здесь вместо диодов применяются MOSFET-транзисторы, два P-канальных и два N-канальных, поскольку сопротивление сток-исток в открытом состоянии (RDS(on)) ничтожно мало, а транзисторы после включения постоянно в одном состоянии, то и потери в этой схеме просто мизерные. Нагрева в режиме ключа так же по понятным причинам нет.

Питание любой полярностью Защита от переполюсовки

Рассмотрим как работает схема, при подаче питания, напряжение через резисторы R1, R2 попадает на затворы VT1, VT2, VT3, VT4, а поскольку P-канальные транзисторы открываются отрицательным напряжением, N-канальные положительным, у нас в зависимости от полярности питания откроется пара VT1, VT4 или VT2, VT3 в обоих случаях на анодах VD1, VD3 будет минус , а на катодах VD2, VD4 плюс питания. Таким образом получаем автоматический коммутатор входной полярности.
Теперь о деталях: Транзисторы VT1, VT2, VT3, VT4, выбираются в зависимости от напряжения питания и тока потребителя, собственно схему можно выполнить вообще без стабилитронов и резисторов в случае если питающее напряжение не превышает максимально допустимое напряжение на затворах. Стабилитроны VD1, VD2, VD3, VD4 — ограничивают максимальное напряжение на затворах, их значение должно быть близко к максимальному напряжению затворов, но не превышать его. Резисторы R1, R2 токоограничивающие, их сопротивление можно рассчитать по формуле

R = (Uвх-Uстаб.) / Iстаб.

Где:
R — сопротивление резисторов в кОм
Uвх. — максимальное напряжение на входе
Uстаб. — напряжение стабилизации стабилитронов
Iстаб. — макс. ток стабилизации стабилитрона

Решение об обоснованности применения той или иной цепи в своих устройствах как правило принимает конструктор, но порой достаточно простая защита может избавить от многих бед при наладке и использовании устройств.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *