Защита от переполюсовки.
Для питания своих устройств на этапе отладки, использую обычные зарядки от телефона, припаяв им к выходу bls разъём.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.
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.
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.
Похожие статьи
