- Bescherming tegen omgekeerde polariteit met behulp van diode
- Bescherming tegen omgekeerde polariteit met behulp van P-Channel MOSFET
- Materiaal vereist
- Schakelschema
- Werking van beveiligingscircuit tegen omgekeerde polariteit met behulp van P-kanaal MOSFET
Batterijen zijn de handigste voedingsbron om spanning te leveren aan een elektronisch circuit. Er zijn veel andere manieren om elektronische apparaten van stroom te voorzien, zoals een adapter, zonnecel, enz. Maar de meest voorkomende gelijkstroomvoeding is een batterij. Over het algemeen worden alle apparaten geleverd met een beveiligingscircuit tegen omgekeerde polariteit, maar als u een apparaat hebt dat op batterijen werkt en geen beveiliging tegen omgekeerde polariteit heeft, moet u altijd voorzichtig zijn bij het vervangen van de batterij, anders kan het apparaat worden opgeblazen.
Dus in deze situatie zou het beveiligingscircuit tegen omgekeerde polariteit een nuttige aanvulling op het circuit zijn. Er zijn enkele eenvoudige methoden om het circuit te beschermen tegen omgekeerde polariteitsverbindingen, zoals het gebruik van een diode of diodebrug of door P-Channel MOSFET te gebruiken als schakelaar aan de HIGH-zijde.
Bescherming tegen omgekeerde polariteit met behulp van diode
Het gebruik van een diode is de gemakkelijkste en goedkoopste methode voor bescherming tegen omgekeerde polariteit, maar er is een probleem met stroomlekkage. Wanneer de ingangsspanning hoog is, kan een kleine spanningsval er niet toe doen, vooral als de stroom laag is. Maar in het geval van een laagspanningsbesturingssysteem is zelfs een kleine hoeveelheid spanningsval onaanvaardbaar.
Zoals we weten, is de spanningsval over een algemene diode 0,7 V, dus we kunnen deze spanningsval beperken door een Schottky-diode te gebruiken, omdat de spanningsval ongeveer 0,3 V tot 0,4 V is en hij ook bestand is tegen hoge stroombelastingen. Let op bij het kiezen van een Schottky-diode, omdat veel Schottky-diodes een hoge tegenstroomlekkage hebben, dus zorg ervoor dat u er een kiest met een lage tegenstroom (minder dan 100uA).
Bij 4 Ampère is het vermogensverlies door een Schottky-diode in het circuit:
4 x 0,4 W = 1,6 W.
En in gewone diode:
4 x 0,7 = 2,8 W.
U kunt zelfs een full-bridge-gelijkrichter gebruiken voor bescherming tegen omgekeerde polariteit, aangezien dit ongeacht de polariteit is. Maar de bruggelijkrichter bestaat uit vier diodes, dus de hoeveelheid stroomverspilling zal twee keer zo groot zijn als de stroomverspilling in het bovenstaande circuit met een enkele diode.
Bescherming tegen omgekeerde polariteit met behulp van P-Channel MOSFET
Het gebruik van een P-Channel MOSFET voor bescherming tegen omgekeerde polariteit is betrouwbaarder dan andere methoden, vanwege de lage spanningsval en de hoge stroomcapaciteit. Het circuit bestaat uit een P-kanaal MOSFET, zenerdiode en een pull-down-weerstand. Als de voedingsspanning lager is dan de Gate-to-Source-spanning (Vgs) van P-kanaal MOSFET, dan heb je alleen de MOSFET nodig zonder diode of weerstand. U hoeft alleen maar de gate-aansluiting van de MOSFET met de grond te verbinden.
Als de voedingsspanning nu hoger is dan de Vgs, moet u de spanning tussen de poortaansluiting en de bron laten vallen. De componenten die nodig zijn voor het maken van de circuithardware worden hieronder vermeld.
Materiaal vereist
- FQP47P06 P-kanaal MOSFET
- Weerstand (100k)
- 9.1V zenerdiode
- Breadboard
- Verbindingsdraden
Schakelschema
Werking van beveiligingscircuit tegen omgekeerde polariteit met behulp van P-kanaal MOSFET
Wanneer u nu de batterij aansluit volgens het schakelschema, met de juiste polariteit, zorgt dit ervoor dat de transistor wordt ingeschakeld en dat de stroom er doorheen kan stromen. Als de batterij achterstevoren of omgekeerd is aangesloten, wordt de transistor uitgeschakeld en wordt uw circuit beschermd.
Dit beveiligingscircuit is efficiënter dan andere. Laten we het circuit analyseren wanneer de batterij op de juiste manier is aangesloten, de P-Channel MOSFET wordt ingeschakeld omdat de spanning tussen poort en bron negatief is. Formule voor het vinden van de spanning tussen poort en bron is:
Vgs = (Vg - Vs)
Als de batterij verkeerd is aangesloten, is de spanning op de poortaansluiting positief en we weten dat de P-Channel MOSFET alleen wordt ingeschakeld als de spanning op de poortaansluiting negatief is (minimaal -2,0V voor deze MOSFET of minder). Dus wanneer de batterij in omgekeerde richting is aangesloten, wordt het circuit beschermd door de MOSFET.
Laten we het nu hebben over het vermogensverlies in het circuit, wanneer de transistor AAN is, is de weerstand tussen de afvoer en de bron bijna te verwaarlozen, maar om nauwkeuriger te zijn, kunt u de datasheet van de P-Channel MOSFET doornemen. Voor de FQP47P06 P-kanaal MOSFET is de statische afvoerbron op-weerstand (R DS (ON)) 0,026Ω (max.). We kunnen dus het vermogensverlies in het circuit berekenen zoals hieronder:
Vermogensverlies = I 2 R
Laten we aannemen dat de stroom door de transistor 1A is. Dus het stroomverlies zal zijn
Vermogensverlies = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Daarom is het vermogensverlies ongeveer 27 keer kleiner dan bij een circuit met een enkele diode. Daarom is het gebruik van een P-Channel MOSFET voor bescherming tegen omgekeerde polariteit veel beter dan andere methoden. Het is een beetje duurder dan een diode, maar het maakt het beveiligingscircuit veel veiliger en efficiënter.
We hebben ook een zenerdiode en een weerstand in het circuit gebruikt voor de bescherming tegen overschrijding van de gate-to-source-spanning. Door de weerstand en de zenerdiode van 9.1V toe te voegen, kunnen we de gate-source spanning op een maximum van negatief 9.1V brengen, waardoor de transistor veilig blijft.