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.
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.
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.
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).
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).
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).
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
MOSFET в низковольтных схемах защиты от обратного напряжения
International Rectifier IRF7341 IRF7342
Когда надо защитить схему от обратного напряжения со стороны входа питания, обычно используется последовательный диод (Рисунок 1а). Однако если входное напряжение низкое – скажем, это две или три батареи AA, – падение 0.5 В на диоде Шоттки может значительно сократить полезное время службы батарей. Функцию диода, но со значительно более низким падением напряжения, может выполнять MOSFET (Рисунок 1б).
| Рисунок 1. | Для защиты от напряжения обратной полярности обычно используется диод (а). По сравнению с диодом схема на MOSFET имеет намного меньшее падение напряжения (б). Если требуется защита в нижнем плече схемы, можно использовать n-канальный MOSFET (в). Добавление резистора и конденсатора обеспечивает функцию «плавного включения» (г). | |
Использовался сдвоенный p-канальный прибор IRF7342, оба MOSFET которого были включены параллельно, и источник питания 3 В. При токе нагрузки 100 мА падение напряжения было равно 100 мВ. При входном напряжении 4.5 В и токе нагрузки 100 мА потери составили всего 50 мВ. Если требуется защита в нижнем плече схемы, можно использовать сдвоенный n-канальный MOSFET IRF7341, также соединив транзисторы параллельно (Рисунок 1в). При напряжении источника питания 3 В и токе нагрузки 100 мА потери составляют 40 мВ. При входном напряжении 4.5 В и токе нагрузки 100 мА на этой схеме падает всего 25 мВ.
Для того чтобы добавить функцию «плавного включения», потребуется лишь один дополнительный конденсатор и один резистор (Рисунок 1г). Показанные на схеме номиналы компонентов добавляют к задержке включения примерно 100 мс, поскольку переход MOSFET из выключенного состояния в полностью включенное происходит в линейном режиме.
Материалы по теме
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Зачем ОПТОПАРЕ резистор параллельно светодиоду ! Вы знали об этом ?
Какие только чудеса от чудаков не увидишь в сети интернет. Слыхали про Резистор Гасящий светодиоды ? А я не только слыхал , а еще видел и читал статьи и ролики да еще и с мудрыми рассуждениями.
Пописывают и показывают «Новоявленые Гуру электроники» про резисторы , что к светодиодам ставят параллельно, называя их Гасящими. Объясняя резисторно светодиодную параллельность тем, что резистор этот призван погасить светодиод , забрав на себя долю электрической энергии необходимую светодиоду для свечения.
В качестве примеров такого параллельного соединения резисторов и светодиодов приводят пару устройств : Китайский светодиодный фонарь с импульсной схемой питания и Понижающий преобразователь с питанием от 220 переменного напряжения и выдающий постоянный ток с напряжением в 5 вольт.
Про АКАКитай схему расскажу позднее, а пока на двух пальцах разъясню ЗАЧЕМ К ОПТОПАРЕ РЕЗИСТОР СТАВИТСЯ в параллель к светодиоду.
Такая схема проста и заблудить в ней трудно, но можно. Резистор, тот что стоит в параллель светодиоду оптопары необходим как источник опорного напряжения для светодиода оптрона.
Ток через этот резистор проходит прямо от шины питания и ограничивается либо динистором либо стабилитроном либо просто диодом (для малых напряжений).
При скачке напряжения сети , тк через резистор увеличивается и падение напряжения на нем позволяет загореться светодиоду открыв тем самым оптопарный транзистор который в свою очередь мгновенно снижает частоту генерации в первичной сети и тем самым снижает мощность поступающую на трансформатор.
Когда напряжение стабильно, светодиод практически не светится и транзистор оптопары закрыт.
Так что утверждение о том, что резистор нужен для того чтобы светодиод погас неверно в корне — он служит как раз для того чтобы светодиод в оптопаре светился!
Ну а тот «Доширак», что вам навешали «Профессионалы» Ютуба и Дзена , мне кажется, Вы сами знаете куда применить. стулья к примеру поклейте (так «Мастера» советуют).
Источник