Простая защита от переполюсовки — Dudom

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Вариант 2

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант 3

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Автор: Эдуард Орлов –

Ну вот, как и обещал – вторая статья, которая посвящена системе защиты от переполюсовки, которое нашло довольно широкое применение в промышленных и самодельных зарядных устройствах. Данный вариант был выбран как особо простой и может быть повторен даже человеком, который никак не связан с электроникой.

Для реализации такой схемы защиты вам нужен только диод – всего один диод, который будет установлен в прямом направлении на плюсовой шине зарядного устройства.

Такая система на только проста, что для доработки зарядного устройства, его совсем не обязательно разобрать. Для реализации такой идеи мы используем самую главную функцию полупроводникового диода – в прямом направлении диод открыт, если же его подключить в обратном направлении, то он будет заперт.

Следовательно, если вдруг спутать полярность, то ток просто не будет идти, никаких хлопков, нагрева и прочих дымовых эффектов.

Но как мы знаем, когда напряжение протекает через переход выпрямительного диода, то на выходе последнего будет спад напряжение в районе 0,7 Вольт, именно для того, чтобы спад был минимальным, мы будем использовать диоды ШОТТКИ (с барьером Шоттки) – на нем спад напряжения в районе 0,3-0,4 Вольт.
Единственный недостаток такой защиты заключается в том, что через диод будет течь довольно большой ток, что приводит к нагреву диод.

Для того диод обязательно нужно установить на теплоотвод. Диоды шоттки с больим током можно найти в компьютерных блоках питания. Диоды в указанных блоках из себя представляют трехвыводную диодную сборку, в каждой сборке два диода с общим катодом. Нужно подобрать диоды с током не мене 15 Ампер на каждый диод. В компьютерных блоках могут встречаться диоды с током до 2х30 Ампер.

Для начала нужно установить диод на теплоотвод, затем запараллелить аноды диодов, таким образом, мы соединили параллельно оба диода.

Когда ваше устройство не постоянно питается от блока питания, а вам нужно периодически вставлять клеммы в разъём, особенно часто это бывает с зарядными устройствами для аккумуляторов. Возникает вероятность случайно перепутать клеммы. Описанная схема на диодном мосту станет надёжной защитой от переполюсовки и индикатором вашей нечаянной ошибки.

Схема защиты от переполюсовки:

В технике есть такое жаргонное выражение «защита от дурака», оно вполне справедливо для устройств, которые так или иначе эксплуатируются большим количеством людей, среди которых обязательно найдётся невнимательные и рассеянные личности, которые сначала включают, а потом инструкцию читают.

Есть много разного рода защит от переполюсовки, ну к примеру сделать разъем специальной формы, что бы его кроме как правильно включить нельзя было. Но для радиолюбительских конструкций для этой цели достаточно хорошо подходит схема диодного моста.

Рисунок №1 – Схема защиты от переполюсовки

Всё очень просто и прозаично, вы просто включаете в свою схему дополнительный диодный мост или подключаете отдельную платку со схемой защиты от переполюсовки. При такой организации устройства полярность на входе не имеет никакого значения, и вставляя клеммы в гнёзда блока питания вы ни за что не ошибётесь. У вас на выходе диодного моста всегда будет то, что нужно (А, Б). Просто не забывайте, что дополнительные элементы могут привести к незначительным потерям мошьности.

Я не стал приводить номиналы элементов так как схема универсальная, вам их нужно подобрать самостоятельно. Всё должно подходить по току и напряжению адекватному вашим потребностям. Я постарался наглядно показать диодный мост (В), а в качестве индикации ошибки, использовал двухцветный светодиод, который горит зеленым, когда полярность соблюдена.

Рисунок №2 – Полярность соблюдена – горит зелёный

Светодиод горит красным, когда я неверно подключил схему защиты к клеммам блока питания, но при этом на выходе схемы всегда строго соблюдается полярность, и моему устройству переполюсовка уже не страшна.

Рисунок №3 – Клеммы перепутаны – горит красный светодиод

Как видно по показанием мультиметра на выходе схемы защиты от переполюсовки всегда одинаковая полярность, что существенно снижает вероятность сгорания вашего устройства.

Для особо ленивых, я привёл пример своей печатной платы, и сборочный чертеж, можете просто перерисовать или добавить её в свою схему.

Рисунок №4 – Печатная плата и сборочный чертёж, пример

Надеемся приведенная схема защиты от переполюсовки поможет начинающим радиолюбителям избежать выхода из строя их устройств, потому не забывайте посещать bip-mip. com

1. Простая защита от короткого замыкания для блока питания схема своими рукамиПростейшая защита от короткого замыкания актуальна как для опытного, так.
2. Индикатор перегорания предохранителя схема со светодиодом Во многих радиолюбительских конструкциях в качестве предохранителя используются плавкие вставки.
3. Индикатор разряда батареи аккумулятора на светодиоде схемаДля увеличения срока службы аккумуляторной батареи необходимо следить за тем.
4. Бустер, усилитель токаПри проектировании различных электронных устройств, радиолюбителю иногда необходимо, тем или.
5. Как проверить диод и транзисторСовременные радиоэлектронные устройства, уже почти не обходятся без полупроводниковых приборов.

Защита от переполюсовки | Радиолюбитель

реклама

290 просмотров

Такая необходимость бывает не всегда и требования к такой защите различные.

Схемы с диодом.

Самый простой вариант это обыкновенный диод.

реклама

Диод можно устанавливать как по минусу, так и по плюсу. (На всех схемах, вход – слева, выход – справа) Решение простое и надежное как гвоздь, но есть условия:

защита от переполюсовки, диод

1. Мощность диода должна соответствовать потребляемому току, и при больших токах диод превращается в печку, тем самым кроме всего расходуется лишняя энергия.
2. На диоде будет падение напряжения, поэтому часто рекомендуют сюда ставить диод Шоттки.

Еще одна схема, тоже простая и тоже с диодом, но она не имеет недостатков предыдущей схемы:

защита от переполюсовки, диод

В данной схема диод работает, только когда питание подано с неправильной полярностью, через него замыкается входная цепь и в результате сгорает предохранитель. Конечно предохранитель должен быть на ток соответствующий потреблению нагрузки, а диод соответствующую мощность, что бы выдержать такой ток.

реклама

Такую защиту применяют когда ошибка подключения не правильной полярности бывает редкой и вместо плавкого предохранителя можно поставить самовосстанавливающийся.

И последний вариант с диодом, будет с диодным мостом.

защита от переполюсовки, диодный мост

Это универсально решение, при любой полярности от источника питания, на нагрузке будет правильная полярность. Это очень удобно, не нужно думать вообще. Но опять же как и в первом случае, нужно учитывать рабочие мощность и напряжение диодного моста, а при больших токах диодный мост будет солидным.

Схемы с реле:

Следующие простые варианты, это использовать реле.

защита от переполюсовки, релезащита от переполюсовки, реле

В первом случае, реле срабатывает когда питание подано в неправильной полярности и отключает нагрузку. Такой вариант используют в малоточных схемах.

Во втором случае, нагрузка включается при правильном подключении полюсов источника питания и реле остается включенным до тех пока пока подано питание. Такую схему часто используют в зарядных устройствах.

защита от переполюсовки, реле

И еще один вариант, тут используется реле с 2-мя группами контактов, и на нагрузку всегда приходит правильное питание – в правильной полярности.

Во всех случаях использования реле нужно учитывать два фактора: реле должно срабатывать при напряжении питания и контакты должны быть рассчитаны на ток равный или более тока нагрузки.

Схемы с транзисторами:

Все перечисленные выше схемы имеют свои достоинства и недостатки и имеют свои пределы использования. И есть конечно схемы на транзисторах:

защита от переполюсовки, полевой транзистор

Первая схема с использованием транзистора, это на полевом P-канальном транзисторе. Работает это так: при подаче питания, ток в нагрузку начинает течь через защитный диод самого транзистора, падение на этом диоде будет велико и между затвором и истоком транзистора появляется напряжение способное открыть транзистор. Транзистор открывается, ток течет уже через низкоомный открытый переход сток-исток, падение напряжения на этом переходе минимально и им можно пренебречь. А транзистор остается открытым потому, что цепь нагрузки замкнута. Резистор R1 – ограничивает ток на затвор, а стабилитрон D1 ограничивает напряжение между затвором и истоком транзистора, защищая его от пробоя, это простейший параметрический стабилизатор. Если полярность будет не правильной, ток течь не будет и транзистор не откроется.

Положительным моментом этой схемы. является то, что сопротивление такого открытого транзистора составляет сотые доли Ома (!). А это означает, что мощность рассеиваемая на транзисторе будет мизерной и потерь соответственно почти нет.

Транзистор должен по своим параметрам (рабочие напряжение и ток) соответствовать источнику питания и нагрузке.

Стабилитрон подбирается по напряжению пробоя транзистора, но напряжение стабилизации должно быть меньше этого напряжения (напряжения пробоя) и больше напряжения отсечки транзистора.

Сопротивление R1 должно быть большим, несколько сотен килоОм, но вот как его рассчитать я не знаю. В своих схемах я просто ставлю 100-220кОм.

Есть микросхемка CSD68803W15, ее можно встретить в мобильных телефонах, а схема внутри ее выглядит вот так:

CSD68803W15

Комментарии к этой схеме излишни.

Все выше перечисленные схемы можно кроме того дополнить индикацией правильной и неправильной полярности.

индикация правильной и неправильной полярностииндикация правильной и неправильной полярности

Далее идут более сложные схемы, которых великое множество и на этом можно было бы и закончить, но есть еще одна схема, которую я хочу показать.

Защита зарядного от неправильной полярности

Эту схему можно встретить в различных вариантах на различных сайтах и форумах. Авторство приписывают кому угодно, но только не автору. Но суть в том, что схема работает отлично, предназначена для защиты от не правильного подключения АКБ к зарядному устройству, т.е. устанавливается она на выходе зарядного устройства. У нее есть недостаток, пока не подключен АКБ к клеммам, на выходе, на тех самых клеммах нет напряжения вообще, но это и достоинство одновременно, можно не боятся замыкания выхода зарядного. Таким образом эта схема является еще и своеобразной защитой от КЗ выхода зарядного устройства. И еще, такое зарядное не сможет заряжать полностью разряженный аккумулятор.

Во времена когда сборка зарядных устройств была очень востребована, я их тоже собирал и не однократно собирал такую схему, работает просто отлично.

И раз я заговорил об авторстве, то должен сказать, что автором является Ново Зеландский радиолюбитель Gerard la Rooy и схема выглядела так:

Защита зарядного от неправильной полярности

Однако суть от этого не меняется.

Поделится

Руководство по проектированию — PMOS MOSFET для схемы защиты от обратной полярности напряжения

Если источник питания схемы перепутан, например, подключение положительного провода к земле, а отрицательного провода к цепи Vcc. Могут произойти две плохие вещи: либо схема, которую мы разработали, может сгореть вместе со всеми дорогими компонентами в ней, либо сам источник питания может выйти из строя. Все становится еще опаснее, если схема питается от батареи. Изменение полярности батареи — это худшее, что может произойти в цепи, потому что это не только повредит цепь, но также может вызвать задымление и возгорание, что делает ее потенциальной угрозой.

 

Но человеческая ошибка может иметь место, поэтому разработчик несет ответственность за то, чтобы его схема могла безопасно работать в условиях обратной полярности. Вот почему почти все схемы имеют на входе дополнительную схему безопасности, которая называется схема защиты от обратной полярности . В этой статье мы обсудим схему защиты от обратной полярности MOSFET , которая очень эффективна для защиты схемы от повреждений, связанных с обратной полярностью. Схема также может действовать как схема защиты от полярности батареи, , поэтому для защиты ваших цепей можно использовать одно и то же руководство по проектированию, даже если оно питается от внешнего адаптера постоянного тока или батареи.

 

Защита цепей от обратной полярности

Существует несколько вариантов защиты цепи от обратной полярности. В большинстве случаев в устройствах с батарейным питанием используются специальные типы разъемов батареи, которые не позволяют подключать разъем батареи в обратном порядке. Это механически возможная защита батареи от обратной полярности. Другой вариант — использовать диод Шоттки в шине питания, но это самый неэффективный способ защиты цепи от обратной полярности.

 

Использование диода Шоттки для защиты от неправильной полярности и его недостатки

На приведенном ниже рисунке диод Шоттки используется последовательно с шиной питания, которая смещается в обратном направлении при изменении полярности и отключает цепь. Мы также ранее обсуждали это в разделе «Применение диодов» в предыдущей статье.

Левое изображение соответствует правильному подключению полярности, а правое изображение соответствует обратной полярности. При подключении обратной полярности диод Шоттки блокирует протекание тока.

 

Но приведенная выше схема неэффективна из-за постоянного протекания тока нагрузки через диод Шоттки. Кроме того, напряжение на выходе диода Шоттки меньше входного напряжения из-за прямого падения напряжения на диоде. Таким образом, используя описанный выше метод, он защитит схему от обратной полярности, но неэффективно.

 

Надлежащим способом создания схемы защиты от обратной полярности является использование простого PMOS MOSFET или NMOSFET MOSFET. Рекомендуется использовать PMOS, потому что PMOS отключает положительные шины, и на схему не подается напряжение, и меньше шансов на вредные последствия, если схема работает при высоких напряжениях постоянного тока.

 

PMOS MOSFET для защиты от обратного напряжения

Полевой транзистор (FET) — это тип транзистора, который использует электрическое поле для управления протекающим через него током. Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами: исток, затвор и сток. Полевые транзисторы управляют потоком тока путем подачи напряжения на затвор, что, в свою очередь, изменяет проводимость между стоком и истоком. Это основное, что используется в P-MOSFET в качестве переключателя защиты от обратной полярности.

 

На приведенном ниже рисунке показана схема защиты от обратной полярности PMOS .

 

PMOS используется в качестве переключателя питания, который подключает или отключает нагрузку от источника питания. При правильном подключении источника питания МОП-транзистор включается из-за правильного VGS (Gate to Source Voltage). Но в ситуации с обратной полярностью напряжение затвор-исток слишком низкое, чтобы включить полевой МОП-транзистор и отключить нагрузку от входного источника питания.

 

Резистор 100R представляет собой резистор затвора MOSFET , соединенный с диодом Зенера. Стабилитрон защищает затвор от перенапряжения.

 

Фактическое моделирование в Orcad PSPICE

 

Вышеприведенная схема имеет все необходимые компоненты для защиты от обратной полярности. V1 — это источник с идеальной полярностью. P-Channel MOSFET получает смещение от резистора 100R и 6,8-вольтового стабилитрона 1N4099.. Нагрузкой является резистор 10R.

 

Моделирование показывает, что схема работает правильно при правильной полярности источника питания. Зенеровский диод защищает затвор от перенапряжения, а нагрузка получает 1,3А при 13,9В.

 

На изображении выше источник перевернут. Нагрузка полностью отключена, и цепь действует как защита от обратной полярности. Вы также можете посмотреть видео ниже, в котором объясняется работа схемы с симуляцией:

 

Выбор полевого МОП-транзистора для защиты от обратной полярности

Рекомендуется использовать PMOS вместо NMOS. Это связано с тем, что PMOS используется в положительной шине цепи, а не в отрицательной. Следовательно, PMOS отключает положительные шины, и в цепи не будет положительного напряжения. Но NMOS используется в отрицательных шинах, поэтому отключение отрицательной шины не отсоединяет цепь от положительной шины батареи. Следовательно, в случае высокого напряжения постоянного тока отключение положительной шины намного безопаснее, чем отключение отрицательной, и меньше шансов, что не произойдет вредных последствий, таких как короткое замыкание, поражение электрическим током и т.

д.

Выбор компонентов является важной частью этой схемы. Основным компонентом является полевой МОП-транзистор с каналом P.

 

МОП-транзистор имеет следующие характеристики, которые имеют решающее значение для схемы.

1. Сопротивление истока стока (RDS)
2. Ток стока
3. Напряжение стока к источнику

 

Сопротивление сток-исток (RDS):

RDS — это сопротивление сток-исток. Используйте очень низкое RDS (сопротивление сток-исток) для низкого тепловыделения и очень низкого падения напряжения на выходе. Чем выше RDS, тем выше тепловыделение.

 

Ток стока:

Это максимальный ток, который будет проходить через МОП-транзистор. Поэтому, если для цепи нагрузки требуется ток 2 А, выберите полевой МОП-транзистор, который выдержит этот ток. В таком случае хорошим выбором будет мосфет с током стока 3А. Выберите этот параметр больше, чем фактически требуемый.

 

Напряжение сток-исток:

Напряжение сток-исток МОП-транзистора должно быть выше напряжения цепи. Если для схемы требуется максимальное напряжение 30 В, для безопасной работы требуется полевой МОП-транзистор с напряжением сток-исток 50 В. Всегда выбирайте этот параметр больше, чем требуется на самом деле.

При обратной полярности МОП-транзистор будет отключен из-за недостаточного напряжения Vgs, и это не повлияет на цепь нагрузки, а также на МОП-транзистор. Вышеуказанные параметры требуются в нормальных условиях и должны быть тщательно выбраны.

 

Выбор напряжения стабилитрона:

Каждый МОП-транзистор поставляется с Vgs (напряжение затвор-исток). Если напряжение между затвором и истоком превышает максимальное значение, это может привести к повреждению затвора полевого МОП-транзистора. Поэтому выберите напряжение стабилитрона, которое не будет превышать напряжение затвора MOSFET. Для Vgs 10 В, 9Стабилитрона на 1 В будет достаточно.

Убедитесь, что напряжение затвора не превышает максимального номинального напряжения.

 

100R Резистор в цепи:

Значение резистора должно быть выбрано таким образом, чтобы оно не было достаточно высоким, чтобы не перегревать стабилитрон, но достаточно низким, чтобы обеспечить адекватный ток смещения стабилитрона и разрядить Запирайте быстро, если напряжение питания внезапно меняется на обратное. Следовательно, это компромисс между временем разряда затвора и смещением Зенера. В большинстве случаев 100Р-330Р хороши, если есть вероятность появления в цепи резкого обратного напряжения. Но если нет возможности внезапного обратного напряжения при непрерывной работе схемы, можно использовать любой номинал резистора от 1к до 50к.

 

Предлагаемый номер детали:

Самые популярные полевые МОП-транзисторы, которые используются для широкого спектра схем, связанных с защитой от обратной полярности- 

1. IRF9530
2. IRF9540
3. Si2323 (низковольтные операции с малым током)
4. ILRML6401 (Низковольтные слаботочные операции)

 

Недостатки схемы защиты МОП-транзистора от обратной полярности

Основным недостатком этой схемы является рассеивание мощности на МОП-транзисторе. Однако эту проблему можно решить, используя полевой МОП-транзистор с каналом P, который имеет RDS на сопротивлении в миллиомах.

Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies

Что наши клиенты говорят о CoolSiC™

Будь то солнечная энергия, зарядка электромобилей, центр обработки данных или тягач, карбид кремния кардинально меняет способы производства, передачи и потребления энергии.

Смотреть видео

electronica 2022

Посетите нас на выставке electronica в этом году — живите в Мюнхене или в цифровом формате!

Учить больше

Infineon выпускает PSoC™ 4100S Max

Высокоинтегрированное недорогое решение с технологией CAPSENSE™ следующего поколения, позволяющее инженерам легко проектировать и быстро выводить на рынок недорогую систему ЧМИ.

Учить больше

Электрификация первичного распределения электроэнергии

Узнайте, как мегатенденции в автомобилестроении вызывают децентрализацию и электрификацию системы распределения электроэнергии.

кликните сюда

Экологически чистая мобильность

Мобильность — экологичная, умная, персональная. Как Infineon способствует устойчивой мобильности?

Узнайте здесь

Производительность GiGaNtic в адаптерах/зарядных устройствах USB-C

Первая в отрасли комбинированная ИС с коррекцией коэффициента мощности и гибридной обратной связью для конструкций со сверхвысокой плотностью.