Защита зарядного устройства от короткого замыкания и переполюсовки: Защита зарядного устройства от короткого замыкания и переполюсовки — SJRacing — тюнинг комплектующие для вашего автомобиля

Содержание

Защита от переполюсовки и КЗ зарядного устройства, блока питания своими руками

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.

Итог

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 –

Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.

Защита зарядных устройств от короткого замыкания

Вариант 1

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

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

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

Вариант 2

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

Вариант 3

Автор: Эдуард Орлов –

Друзья всем привет в этой записи я решил рассказать про защиту зарядного устройства. Рассмотрю на мой взгляд две самые простые и популярные схемы.

Смотрите также

Метки: sam_электрик, защита от короткого замыкания, защита от переполюсовки, защита зарядного устроиства

Комментарии 57

Привет, в схеме защиты на реле светодиод какого типа стоит?

Самый обычный светодиод. 3мм

А на какое напряжение? Думаю собрать первую схемку, может даже только поставить VD1 иVD2, без индикации будет.

Так они все 2…3 вольта.

В схеме с полевиком, можно убрать шунт если мне не нужна защита от КЗ, а нужна только от переполюсовки?
Или без шунта не будет работать?

Маленькое замечание по релейной схеме защиты. Избыточность (по количеству) диодов трогать не будем.
Если попадётся АКБ с глубокой разрядной( ниже 9V), то реле тупо не сработает, даже при правильном подключении.

По поводу видео, у полевого транзистора НЕ база — затвор.

Да с полевиком та же ситуация получиться (если он конечно не управляется логическим уровнем). Потому что открыть транзистор нужно 10-12 вольт на затворе. При меньших напряжениях будет возрастать сопротивление сток исток и транзистор начнет греться.

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

я про них и говорил) а параллельно реле по идее можно оставить…

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

VD1 я так понимаю, защитный диод от бросков тока индуктивности реле. Я видал не мало проблем из за того что не было установлено защитных диодов или RC цепей. Вот VD3 и VD4 ставить со светодиодами, это уже избыточность, зачем диоду диод я не совсем понял. Вот если бы там вместо светодиода стояли лампы или что то полнопроводимое, тогда бы да.
То ли автор рукожоп, то ли стянул схему у рукожопа, чем так же зарукожопил 🙂

У светодиодов есть такой параметр, как предельно допустимое напряжение, видимо для этого и стоят диоды.

И что же они делают?

Возможно, так было реализована защита от пробоя обратным напряжением, хотя более правильно было бы их подключить встречно-параллельно светодиодам. А в том виде, как они сейчас на схеме изображены, боюсь — ничего, просто стоят.

У светодиодов есть такой параметр, как предельно допустимое напряжение, видимо для этого и стоят диоды.

От предельно допустимого напряжения стоят резисторы последовательно со светодиодами. Что не спасёт эти светодиоды от бросков тока…

Резисторы стоят, ограничивающие ток в прямом направлении, от бросков тока защитят, если их взять с запасом по сопротивлению. От пробоя обратным напряжением они никак не спасут, могут лишь впоследствие ограничить ток обратного напряжения.
Когда к светодиоду приложено обратное напряжение, даже через резистор, ток через цепь не течет (при напряжении меньше порогового), а это значит, что на выводах светодиода присутствует полное напряжения питания, так что не надо заблуждаться, если вы используете светодиод в цепи, напряжение где выше предельно допустимого обратного, защищайте светодиод от пробоя обратным напряжением, и не резистором, включенным последовательно.

Сто баллов рукожопы все. Видео не смотрим. На плате этих диодов нет, есть только под красным светодиодом и то он там не для него, а для подключения пищалки.

Так перерисуй схему и не нужно каждому объяснять.
Я к примеру зашел с сотика и не буду тратить траффик на видюшки, а схему гляну.

Ок схему перерисую.

Ещё одну звезду рукожопа себе набей. Мы вроде как схему на картинке обсуждали, причём тут видео?

Во заладил рукожоп да рукожоп. Давай еще на личности перейди. Отвлекись, почитай статью «нормальную» успокойся. Если так судить то из любой схемы можно десяток деталей выкинуть.

Ты сначала пишешь спасибо за внимание и за критику, а потом недоволен этой самой критикой, говоришь чтоб мимо проходили. Как ещё то относится к такому, и общаться с таким человеком?
Вот начало твоей записи — «Друзья всем привет в этой записи я решил рассказать про защиту зарядного устройства. Рассмотрю на мой взгляд две самые простые и популярные схемы.» — только где ты что рассказал в записи или рассмотрел я не вижу, а вижу я только ссылку на другой ресурс — видеохостинг с видеороликом. Перепиши статью, опиши конструкции схем, их достоинства и назначение. В конце уже вставь видео, и тогда статья будет полноценна. А так получается просто перепост видеозаписи, насасывание лайков или ещё чего то. Некрасиво это, неприятно и вызывает только раздражение.

Критика нужна адекватная и по сути, это запись, а не статья. Статьи в газетах пишут. Принцип работы, сравнение, демонстрация работы все это здесь есть. И если у вас какие то проблемы с видео, то не надо критиковать людей за это. Правила не запрещают видео ставить, а то что писанину не развел извините не в журнал «радио» пишу.

Вот опять трындишь на тему — «не нравиться иди в другое место». Так создай сообщество с названием перепост видео с ютуба, и делай свои записи. Стати не только в газету пишут, а так же в журнал, блог и т.д. Критика адекватная, я тебе не только указал что твой пост говно, но и расписал почему, а ты брыкаешься, что это я такой неугодный читатель.

Таких «говно» постов сейчас 80% на драйве. Трудно вам придется, почитать почти нечего.

VD3 VD4,VD1 тоже не нужен, нигде в машинах я не видел диодов для реле,

На транзисторном управлении лучше поставить, да и искру они гасят на управлении(если клавиша).
У меня к примеру релюшки в авто все идут с резисторами. С диодами сложнее, т.к. будет влиять полярность.

А тут конечно это всё лишнее.

а вторая схема вообще жуткое усложнение первой) третья походу на ардуине будет)

да чувак просто набрал контента в инете и слепил видос чтобы бабла подзаработать на просмотрах
а тут обсуждают как будто он сам чо-то делал

Самое простое диод и предохранитель. Защищает и от перегрузки по току и от переполюсовки.

один нюанс… его ж надо менять… и где то взять… потом он перерастает в жирного жука и утрачивает свой статус)

Это что же надо сколько раз перепутать?
А предохранитель можно и восстанавливающийся, но он медленее обычного.

за долгую жизнь зарядника можно мульён раз перепутать)

Зато дёшево, надёжно и работает всегда!
ну а от всяких путаников и любителей «жуков» спасёт только гильотина.

про всегда. я б поостерёгся) не всегда есть предаки с собой. тем более, сейчас китайчатина такая, что шипит, плавится, но не сгорает) да и к примеру в 30 мороз предак менять не комильфо совсем)

Езде есть плюсы и минусы, а первую схему попробуйте запустить на севшей АКБ.

Вариант 1

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

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

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

Вариант 2

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

Вариант 3

Автор: Эдуард Орлов –

Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства

Надо было разработать портативное зарядное устройство З.У. для зарядки 12V АКБ в полевых условиях. То есть, заряжать один аккумулятор от другого. Причем, зарядный ток — до 15 А. В полевых условиях, в темноте и на морозе перепутать полярность — проще простого. Хотелось сделать так, чтобы при неправильной полярности ничего не перегорало, а просто гудел зуммер.

Самая простая известная схема защиты — с предохранителем.
Если предохранитель сгорит — на морозе его не заменишь!

Кроме того, при неправильной полярности на выход З.У. придёт целых — 0.9 Вольт!

Вот так перегорает предохранитель Tesla 20A в схеме с 2-мя диодами шоттки VS42CTQ030. В течение 25 mS на З.У. приходит — 0.9 Вольт! Осциллограф подключен к точке А
Большинство микросхем не выдерживает обратной полярности более

— 0.6 Вольт. Скорее всего, З.У. при этом выйдет из строя. Хотя и без особого дыма:)

Схема на реле меня тоже не устроила.
Реле включится, если правильно подключить аккумулятор. Просто, дёшево и сердито. Кроме одного но! Если подключить АКБ правильно, а потом снова подключить АКБ, не отключая З.У. НЕПРАВИЛЬНО — то всё сгорит! Ведь, пока З.У. включено, реле уже не отпустит.

Часто можно встретить и другую схему:

Однако, в ней присутствует шунт. При токе 15А потери на шунте будут значительными. А для портативного устройства каждый ватт на вес золота!
Нам нужен был общий КПД 94…96%. Без применения принудительной вентиляции З.У.

Давайте теперь посмотрим мою схему:

Работает она следующим образом: На вход (точкаА) приходит напряжение от З.У. которое ограничено по току до 15А, +10…+15 V. От него питается дифференциальный компаратор DA1 через диод VD2. На положительном входе компаратора всегда +0.1V (определяется диодами VD1 и делителем R2, R3). Пока АКБ не подключена, на отрицательном входе компаратора 0v и силовой ключ VT1 закрыт.

Когда АКБ подключена правильно, и напряжение на ней более 4V, стабилитрон VD4 открывается. На отрицательном входе компаратора появляется +0.2V > +0.1V и силовой ключ VT1 открывается. Начинается заряд батареи.

Если теперь отключить АКБ и поменять её полярность, то на отрицательном входе компаратора появляется -0.2V и силовой ключ VT1 закроется.
Защита за 0.3 mS отключит батарею от З.У., и минус на него не придет. На входе компаратора будет только -0.2V, что допустимо на неограниченное время. Как видим, никаких шунтов в этой схеме нет! В момент переполюсовки или К.З. питание компаратора обеспечивается за счёт конденсатора С2 и он всегда остаётся “в сознании”.

Подсоединяем осциллограф. Одиночная синхронизация по спаду напряжения на выходе защиты. Подключаем АКБ сначала правильно (зарядка пошла), а потом неправильно.

Жёлтый луч — выход устройства защиты.(точка В) Мы видим, что при переполюсовке ПЛЮС меняется на МИНУС.
Синий луч — показывает напряжение на входе устройства защиты.(точкаА) При переполюсовке оно всегда остается положительным. З.У. не выходит из строя. Зуммер издаёт звуковой сигнал.

Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.

Диоды VD5 и VD6 ограничивают нежелательные выбросы напряжения (+30…-15V) при соединении и отсоединении проводов. L-образный фильтр С4, С5 — обязательный атрибут на выходе в соответствии со стандартами автомобильной промышленности.
Все детали, используемые в этой схеме — миниатюрные SMD 0805. Потери на силовом ключе VT1 минимальные — Rds(ON) = 2.4 mOhm, поэтому на печатной плате защита много места не занимает. (выделена красным)

В качестве VT1 можно использовать любые MOSFET P канал. V(ds) = -40…-60V; Id = -100A…-180A; Vgs = -1.5…-2.5V logic level; Ciss < 20 000пФ.

Если напряжение на заряжаемой батарее меньше 4V, или мы хотим зарядить суперконденсатор с нуля, параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением.

Буду рад, если моя защита поможет сохранить ваши З.У.

Блок защиты зарядных устройств — защита от короткого замыкания (электронные предохранители) — Источники питания

Владельцы автомобилей хорошо знают, что автомобильный аккумулятор (особенно зимой) может откинуть копыта в самый неподходящий момент. Сегодня имеются множество разновидностей зарядных устройств, которые можно купить почти в любом магазине электроники, но я как радиолюбитель, купить не советую, поскольку если аппарат промышленного образца, это совсем не означает, что он качественный, к тому же довольно хорошее и долговечное зарядное устройство можно изготовить за пару часов из подручного хлама.

Многие промышленные зарядники имеют функцию контроля заряда и защиту от перегруза и короткого замыкания — последняя является очень нужной функцией, если вздумали собрать для себя хороший зарядник. О конструкции мощного импульсного зарядного устройства поговорим в следующих статьях, а сейчас хочу поделиться схемой блока защиты от коротких замыканий и перегруза зарядного устройства.

Сама схема состоит из нескольких компонентов, которые не критичны и подлежат замене. Полевой транзистор (в ходе работы никак не перегревается, поэтому теплоотвод ему не нужен) — серии IRFZ44/40/46/48/24 — можно использовать любой из указанных транзисторов, цоколевка у них полностью одинаковая. Ток , при котором должна срабатывать защита устанавливаем подбором номинала резистора 0,01 Ом (резистор шунта).

Если резистор на 0,1 Ом, то защита сработает при токе 4 Ампер, при двух параллельных резисторах 0,1 Ом (сопротивление 0,05 Ом) защита сработает при токе 7-8 Ампер).

Для нормального процесса зарядки АКБ скажем на 60А/ч, нужно зарядное устройство с током 6 Ампер — оптимальный номинал тока зарядного устройства, это десятая часть емкости заряжаемой аккумуляторной батареи.

В качестве шунта использовать резисторы на 5 Ватт, хотя ставил и на 2 ватт, но они могут перегреваться. Светодиодный индикатор светиться, если блок ушел в защиту (кз или перегруз на выходе). Переменным резистором можно настроить на нужный ток в узких пределах (более точная настройка). При наличии такого блока, ваше зарядное устройство надежно защищено от любых видов замыканий на выходе.

Схема защиты от переполюсовки и короткого замыкания – Поделки для авто

Любое хорошее зарядное устройство для автомобильного аккумулятора не должно бояться коротких замыканий и случайной переполюсовки питания. Имея опыт в ремонте зарядных устройств хочу заметить, что функцией защиты от переполюсовки питания могут похвастаться далеко не все зарядные устройства.

Как право в бюджетных версиях применен обычный предохранитель, который при смене полярности сгорает ( в отдельной статье рассмотрим и эту защиту), поэтому сегодня подробно остановимся на одной из многочисленных схем защиты от кз и переполюсовки.

Сразу скажу – на авторство не претендую, схема еще давно была опубликована на сайте радиокот.

Основные достоинства схемы

1) Минимальное количество компонентов
2) Функция самовосстановления
3) Высокая скорость срабатывания
4) Минимальные затраты

В схеме нет сложных узлов и микросхем, благодаря электронной основе схема не имеет ограничения по сроку службы компонентов (как например в релейной защите.)

Работает следующим образом .

Когда на выход подключен аккумулятор и последний заряжается (т.е не нарушена полярность питания), полевой транзистор открыт и ток заряда протекает по нему на аккумулятор, плюс в схем общий.

Силовой шунт на входе схемы задействован как датчик тока и как только на выходе смениться полярность на неправильную или образуется короткое замыкание, это приведет к увеличению тока в схеме и образуется падение напряжение на шунте и на полевом транзисторе В этот момент откроется маломощный транзистор VT2 и затвор полевого транзистора по открытому переходу VT2 будет зашунтирован за землю и полевик будет полностью закрыт, следовательно минус питания не дойдет со выхода.

В этот момент загорится также светодиод, питание для которого поступает по открытому каналу VT2
Схема может находиться в таком состоянии бесконечно долго, поскольку полевой транзистор закрыт и на нем не образуется тепловыделение.

Шунт можно взять от амперметра на 10 Ампер или собрать из низкоомных резисторов, хотя последний вариант более затратный. Есть еще вариант выдрать нужный шунт из платы контроля аккумулятора ноутбука.

Полевой транзистор можно взять от материнской платы, важен допустимый ток – от 30 Ампер, установит на радиатор.

В следующей статье мы рассмотрим еще два способа защит от переполюсовки питания и кз.

Автор; АКА КАСЬЯН

Простая защита от переполюсовки

Вариант 1

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

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

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

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

Вариант 3

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

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

Защита зарядного устройства и аккумуляторов от переполюсовки

Один добрый человек спросил совета по поводу вариантов схем защиты зарядного устройства и аккумулятора от неверной полярности подключения батареи к устройству.

(Слишком) простое решение

Работают эти схемы довольно просто, рассмотрим первую, что слева на картинке ниже, которая с N-канальным мощным полевым транзистором.

В случае, если аккумуляторная батарея не подключена, или подключена в неверной полярности — маломощный управляющий полевик Т2 остаётся закрыт (ноль через R2 или плюс от батареи на затворе относительно истока), а следовательно — и мощный не открывается (ноль на затворе Т1 благодаря R1). Тока нет.
При правильном подключении аккумулятора маленький полевик открывается (от аккумулятора минус на затворе p-канального МДП) и открывает большой (через открытый канал T2 на затвор Т1 поступает «+»). Цепь замкнута низким сопротивлением канала мощного полевого транзистора — аккумулятор подключен к зарядному устройству.

Собирать не советую

К сожалению, у обеих схем, как они изображены на картинке выше, есть серьёзные проблемы.

Не предусмотрена защита затворов от перенапряжения. Да, аккумулятор всего лишь на 12 Вольт — всё вроде бы хорошо, да и зарядное устройство скорее всего много большего напряжения не выдаст. Но если при отключенном аккумуляторе коснуться минусовой клеммы в схеме 1 или плюсовой в схеме 2 (весьма вероятное событие, не правда ли?) — с высокой вероятностью затвор маломощного транзистора будет пробит: ёмкость затвора мала, сопротивление в 10кОм и выходная ёмкость мощного полевика не защитят от броска напряжения в сотни вольт, который может быть спровоцирован, скажем, заряженной до нескольких киловольт (от трения о брюки хозяина) ёмкостью тельца кошки, а уж тем более — человека (погладившего своего любимца, или просто вставшего с дивана) 😉
Нету «антизвонных» резисторов в цепях затворов. Такое ещё дозволительно, если маломощный полевой транзистор управляется от какой-нибудь быстродействующей логики. Во всех остальных случаях рекомендуется включать резистор (в данном случае, где-нибудь в несколько сотен Ом) в цепь затвора во избежание возникновения паразитной генерации. Генерация может возникнуть при переходных процессах, когда транзистор работает в линейном режиме. В этом случае возможны всяческие «чудеса» в работе схемы, которые порою не отследить даже на хорошем осциллографе, т.к. и частота весьма высока, и при подключении щупа генерация может срываться…
Во второй схеме, что на мощном p-канальном МДП транзисторе, казалось бы, присутствует очень удобная возможность измерять напряжение на батарее без влияния падения напряжения на канале полевого транзистора. Увы, эта возможность может выйти боком: при неподключенной батарее обратная связь разорвана и преобразователь зарядного устройства может пойти в разнос.

Предлагаю

Использовать маломощный биполярный транзистор в качестве управляющего, если, конечно, речь не идёт о зарядке каких-нибудь сверх-миниатюрных аккумуляторов, где каждые 100мкА на счету.
Защитить мощный полевик от возбуда и пробоя затвора, пусть даже пробой и не шибко вероятен для мощников в этих схемах.

R1, R2, R4 = 10 кОм
R3 = 470 Ом
VD1 — стабилитрон на 15 Вольт
VT1 — IRFP150N или любой другой подходящий мощный МДП транзистор
VT2 и VD2 — маленькие 😉

Схему вполне можно переделать на p-канальном полевом транзисторе и npn биполяре по аналогии. Но если, конечно, нету необходимости измерять с точностью до единиц милливольт напряжение на батарее уже имеющимся зарядным, которое меряет это напряжение относительно своего минусового вывода, т.е. можно пренебречь падением на открытом канале n-канального МДП транзистора (сопротивление лишь несколько миллиОм!), тогда я настоятельно рекомендовал бы запользовать n-канальный мощный полевой транзистор. Т.к. будет он либо раза в 3 лучше, либо раза в 3 дешевле при похожих параметрах, нежели его p-канальный собрат.

Так же допустимо использование МДП транзисторов в качестве управляющих, как в оригинале, но при соблюдении необходимых мер защиты. Правда, я лично не совсем понимаю, зачем это может быть нужно, потому и не нарисовал.

Внимание: данная схема не защищает зарядное устройство от подачи напряжения на выходы при правильно подключенном аккумуляторе и отсутствии напряжения питания зарядного устройства. Для организации такой защиты, из-за наличия структурного диода, шунтирующего канал полевого транзистора, потребуется применить ещё один мощный ключ.

Защита от обратного напряжения для зарядных устройств

Существует несколько хорошо известных методик обращения с изменением напряжения источника. Наиболее очевидным является диод от источника к нагрузке, но у него есть обратная сторона — дополнительное рассеивание мощности из-за прямого напряжения на диоде. Каким бы элегантным он ни был, диод не будет работать в портативных или резервных приложениях, поскольку аккумулятор должен потреблять ток при зарядке и источник тока в противном случае.

Другой подход — использовать одну из схем полевого МОП-транзистора, показанных на рис. 1 .

Рисунок 1 Обычная защита от обратной стороны нагрузки

Для цепей на стороне нагрузки этот подход превосходит диод, поскольку напряжение источника (батареи) увеличивает MOSFET, обеспечивая меньшее падение напряжения и более высокую проводимость. Версия схемы NMOS предпочтительнее версии PMOS из-за более высокой проводимости, более низкой стоимости и лучшей доступности дискретных транзисторов NMOS. В обеих схемах полевой МОП-транзистор проводит ток, когда напряжение батареи положительное, и отключается, когда напряжение батареи меняется на противоположное.Физический «сток» полевого МОП-транзистора становится электрическим источником, поскольку он имеет более высокий потенциал в версии PMOS и более низкий потенциал в версии NMOS. Поскольку полевые МОП-транзисторы электрически симметричны в области триода, они одинаково хорошо проводят ток в обоих направлениях. При таком подходе транзистор должен иметь максимальные значения VGS и VDS, превышающие напряжение батареи.

К сожалению, этот подход действителен только для цепей на стороне нагрузки и не будет работать с цепью, которая может заряжать аккумулятор.Зарядное устройство вырабатывает мощность, повторно активируя полевой МОП-транзистор и восстанавливая соединение с перевернутой батареей. Пример использования версии NMOS показан на рис. 2 , где батарея показана в состоянии неисправности.

Рисунок 2 Схема защиты стороны нагрузки с зарядным устройством

Когда батарея подключена, а зарядное устройство неактивно, нагрузка и зарядное устройство безопасно отсоединены от перевернутой батареи. Однако, если зарядное устройство становится активным, например, если подключен входной разъем питания, тогда зарядное устройство создает напряжение от затвора к источнику NMOS, повышая его, что приводит к проводимости.Это можно лучше представить на Рис. 3 .

Рисунок 3 Обычная обратная защита аккумулятора не работает в цепях зарядного устройства

Нагрузка и зарядное устройство изолированы от обратного напряжения, но теперь защитный полевой МОП-транзистор страдает чрезвычайно сильным рассеиванием мощности. В этом случае зарядное устройство становится разрядным устройством. Схема придет в состояние равновесия, когда зарядное устройство батареи обеспечит достаточную опору затвора для полевого МОП-транзистора, чтобы поглотить ток, подаваемый зарядным устройством.Например, если VTH сильного полевого МОП-транзистора составляет около 2 В, а зарядное устройство может выдавать ток на уровне 2 В, то выходное напряжение зарядного устройства батареи установится на 2 В со стоком полевого МОП-транзистора на 2 В плюс напряжение батареи. Рассеиваемая мощность в полевом МОП-транзисторе равна ICHARGE • (VTH + VBAT), нагревая полевой МОП-транзистор до тех пор, пока он не стечет с печатной платы. Версия PMOS этой схемы постигла та же участь.

Ниже представлены две альтернативы предыдущему подходу, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

N-канальный МОП-транзистор

Первый подход использует устройство блокировки NMOS, как показано на рис. 4 .

Рисунок 4 Возможная обратная схема батареи

Алгоритм этой схемы заключается в том, что блокирующий МОП-транзистор должен быть отключен, если напряжение батареи превышает выходное напряжение зарядного устройства. В этой схеме MN1 подключается на стороне низкого уровня соединения между зарядным устройством / нагрузкой и клеммами аккумулятора, как в подходе NMOS, описанном выше.

Однако транзисторы MP1 и Q1 теперь обеспечивают схему обнаружения, которая отключает MN1, если батарея перевернута. Аккумулятор с обратным подключением поднимет источник MP1 над своим затвором, который подключен к положительной клемме зарядного устройства. Затем сток MP1, в свою очередь, подает ток на базу Q1 через R1. Затем Q1 шунтирует затвор MN1 на землю, предотвращая протекание тока заряда в MN1. R1 управляет базовым током Q1 во время обнаружения обратного хода, а R2 обеспечивает утечку для базы Q1 в нормальном режиме работы.R3 дает Q1 право заземлить ворота MN1. Делитель напряжения R3 / R4 ограничивает напряжение на затворе MN1, так что напряжение затвора не должно падать так далеко во время горячего подключения батареи.

Наихудший случай — когда зарядное устройство батареи уже активно, вырабатывая постоянный уровень напряжения, когда прикреплена перевернутая батарея. В этом случае MN1 необходимо выключить как можно быстрее, чтобы ограничить время, в течение которого рассеивается большая мощность. Эта версия схемы с R3 и R4 лучше всего подходит для свинцово-кислотных систем на 12 В, но R4 можно исключить в приложениях с более низким напряжением, таких как одно- и двухэлементные литий-ионные продукты.Конденсатор C1 обеспечивает сверхбыстрый зарядный насос для опускания затвора MN1 во время обратного подключения батареи. C1 особенно полезен для наихудшего сценария, когда, опять же, зарядное устройство уже включено, когда происходит обратное подключение батареи.

Недостатком этой схемы является необходимость дополнительных компонентов и то, что делитель R3 / R4 создает небольшую, но постоянную нагрузку на батарею.

Большинство этих компонентов крошечные. MP1 и Q1 не являются силовыми устройствами и обычно их можно найти в небольших корпусах, таких как SOT23-3, SC70-3 или даже меньше.MN1 должен быть очень проводящим, поскольку он является проходным устройством, но не должен быть физически большим. Поскольку он работает в глубоком триоде с большим усилением затвора, его рассеиваемая мощность будет низкой даже для устройства со средней проводимостью. Например, транзисторы с сопротивлением менее 100 мОм часто можно найти и в SOT23-3.

Обратной стороной транзистора с малой пропускной способностью, однако, является то, что дополнительный импеданс, включенный последовательно с зарядным устройством, увеличивает время зарядки во время фазы зарядки постоянным напряжением.Например, если батарея и ее кабели имеют эквивалентное последовательное сопротивление 100 мОм и используется блокирующий транзистор 100 мОм, время зарядки в фазе зарядки с постоянным напряжением удвоится.

Схема обнаружения и отключения MP1 и Q1 не особенно быстро отключает MN1, и в этом нет необходимости. Хотя MN1 видит большое рассеивание мощности при обратном подключении батареи, цепи выключения просто необходимо отключить MN1 «в конце концов». Необходимо отключить MN1 до того, как MN1 нагреется достаточно, чтобы его можно было повредить.Время отключения в десятки микросекунд, наверное, нормально. С другой стороны, отключение MN1 до того, как перевернутая батарея сможет потянуть за собой зарядное устройство и отрицательное напряжение нагрузки, имеет решающее значение, поэтому требуется C1. По сути, эта схема имеет пути отключения переменного и постоянного тока.

Эта схема была протестирована со свинцово-кислотным аккумулятором и зарядным устройством LTC4015. Рисунок 5 показывает зарядное устройство в выключенном состоянии, когда происходит обратное горячее подключение аккумулятора. Обратное напряжение на зарядное устройство и нагрузку не передается.

Рисунок 5 Схема защиты NMOS при выключенном зарядном устройстве

Обратите внимание, что для MN1 требуется рейтинг VDS, равный напряжению батареи, и рейтинг VGS, равный половине напряжения батареи. MP1 требует номиналов VDS и VGS, равных напряжению батареи.

На рисунке 6 показан более тяжелый случай запуска и работы зарядного устройства, когда происходит обратное горячее подключение аккумулятора. Обратное соединение снижает напряжение на стороне зарядного устройства до тех пор, пока цепи обнаружения и защиты не отключат его, позволяя зарядному устройству безопасно вернуться к своему постоянному уровню напряжения.Динамика зависит от области применения, и емкость зарядного устройства будет играть ключевую роль в результате. В этом тесте зарядное устройство для аккумуляторов имело как керамический конденсатор с высокой добротностью, так и полимерный конденсатор с более низкой добротностью.

Рисунок 6 Схема защиты NMOS при работающем зарядном устройстве

Алюминиево-полимерные и алюминиево-электролитические конденсаторы в любом случае рекомендуется использовать в зарядном устройстве для повышения производительности при обычном горячем подключении аккумулятора. Из-за своей крайней нелинейности чистые керамические конденсаторы производят чрезмерно высокие выбросы во время горячей замены, поскольку их емкость падает на шокирующие 80% при увеличении напряжения с 0 В до номинального.Эта нелинейность способствует протеканию большого тока при низком напряжении, в то же время быстро теряя емкость при повышении напряжения; смертельная комбинация, приводящая к выбросу очень высокого напряжения. Эмпирически наиболее надежным представляется сочетание керамического конденсатора и стабильного по напряжению алюминиевого или даже танталового конденсатора с более низкой добротностью.

Конструкция P-канального МОП-транзистора

Второй подход, использующий транзистор PMOS в качестве защитного устройства, показан на рис. 7 .

Рисунок 7 Версия с проходным элементом транзистора PMOS

В этой схеме MP1 является обратным устройством обнаружения батареи, а MP2 — обратным блокирующим устройством. Положительный полюс батареи сравнивается с выходом зарядного устройства батареи источником с напряжением затвора MP1. Если напряжение на клеммах зарядного устройства батареи выше напряжения батареи, MP1 отключает устройство первичного прохода MP2. Следовательно, если напряжение аккумуляторной батареи опускается ниже уровня земли, очевидно, что устройство обнаружения MP1 отключит проходное устройство MP2, заклинив его затвор до источника.Он будет предоставлять эту услугу независимо от того, включено ли зарядное устройство аккумулятора и подает напряжение заряда или отключено при 0 В.

Эта схема имеет главное преимущество в том, что блокирующий транзистор PMOS, MP2, не имеет права передавать отрицательное напряжение на схему зарядного устройства и нагрузку вообще. Рисунок 8 более наглядно иллюстрирует это.

Рисунок 8 Иллюстрация каскадного эффекта

Наименьшее достижимое напряжение на затворе MP2 составляет 0 В через R1.Даже если слив MP2 находится глубоко под землей, его источник не будет оказывать значительного давления вниз. Как только напряжение источника падает до VTH транзистора над землей, транзистор сам снимает смещение, и его проводимость падает. Чем ближе источник подходит к земле, тем более смещенным становится транзистор. Эта характеристика, наряду с простой топологией, делает этот подход более привлекательным, чем подход NMOS, показанный ранее. У него есть недостаток в более низкой проводимости и более высокой стоимости транзистора PMOS по сравнению с подходом NMOS.

Хотя эта схема проще, чем подход NMOS, у этой схемы есть еще один недостаток. Хотя он всегда защищает от обратного напряжения, он не всегда может подключать цепь к батарее. При перекрестном соединении вентилей, как показано, схема образует блокирующий элемент памяти, который может выбрать неправильное состояние. Хотя этого трудно достичь, существует состояние, при котором зарядное устройство вырабатывает напряжение, скажем 12 В, батарея подключается с более низким напряжением, скажем 8 В, и цепь отключается. В этом случае напряжение между источником и затвором MP1 составляет +4 В, увеличивая MP1 и отключая MP2.Этот случай показан на рис. 9 со стабильными напряжениями, указанными на узлах.

Рисунок 9 Иллюстрация возможного залипшего состояния со схемой защиты PMOS

Для достижения этого состояния зарядное устройство должно быть задействовано при включении аккумулятора. Если аккумулятор применяется до включения зарядного устройства, ворота MP1 поднимаются аккумулятором, полностью отключая MP1. Когда зарядное устройство включается, оно вырабатывает контролируемый ток, а не сильноточную пробку, что снижает вероятность включения MP1 и выключения MP2.

С другой стороны, если зарядное устройство включается до подключения батареи, затвор MP1 просто следует за выходом зарядного устройства батареи, поскольку он подтягивается стравливающим резистором R2. Без батареи MP1 вообще не имеет склонности включать и отключать MP2.

Проблема возникает, когда зарядное устройство уже включено и работает, а затем подсоединяется аккумулятор. В этом случае будет мгновенная разница между выходом зарядного устройства и клеммой батареи, которая будет побуждать MP1 отключать MP2, поскольку напряжение батареи заставляет емкость зарядного устройства ассимилироваться.Это составляет состояние гонки между способностью MP2 снимать заряд с конденсатора зарядного устройства и способностью MP1 отключать MP2.

Эта схема также была протестирована со свинцово-кислотным аккумулятором и зарядным устройством LTC4015. Подключение сильно нагруженного источника питания 6 В в качестве эмулятора батареи к уже включенному зарядному устройству никогда не приводило к состоянию «отключения». Тестирование не было исчерпывающим, и его следует проводить более тщательно в критически важных приложениях. Даже если цепь отключилась, отключение зарядного устройства и повторное включение всегда приведет к повторному подключению.

Рисунок 10 Схема защиты PMOS при выключенном зарядном устройстве

Рисунок 11 Схема защиты PMOS при работающем зарядном устройстве

Состояние неисправности можно продемонстрировать путем искусственного изменения схемы с временным подключением сверху R1 к выходу зарядного устройства. Однако считается, что эта схема имеет значительно более высокую склонность к подключению, чем к отключению. Если отказ от подключения действительно становится проблемой, можно разработать схему, которая отключит зарядное устройство для других устройств.Пример показан на более полной схеме Рисунок 12 .

Рисунок 12 Защита аккумулятора от обратного тока высокого напряжения

На рисунке 10 показан результат работы схемы защиты PMOS с отключенным зарядным устройством. Обратите внимание, что зарядное устройство и напряжение нагрузки не показывают передачи отрицательного напряжения. Рисунок 11 показывает эту схему в зловещем состоянии, когда зарядное устройство уже подключено, когда перевернутая батарея подключена к горячему подключению.Нельзя отличить от результатов схемы NMOS, обратная батарея несколько снижает напряжение зарядного устройства и нагрузки до того, как размыкающая цепь разъединяет транзистор MP2.

В этой версии схемы транзистор MP2 должен выдерживать VDS, равное удвоенному напряжению батареи (одно для зарядного устройства и одно для перевернутой батареи), и VGS, равное одному напряжению батареи. MP1, с другой стороны, должен выдерживать VDS с одним напряжением батареи и VGS с удвоенным напряжением батареи.Это требование неуместно, поскольку номинальный VDS всегда превышает номинальный VGS для полевых МОП-транзисторов. Можно найти транзисторы с допуском VGS 30 В и допуском VDS 40 В, которые подходят для свинцово-кислотных применений. Для поддержки аккумуляторов с более высоким напряжением в схему необходимо добавить дополнительные стабилитроны и токоограничивающие резисторы.

На рисунке 12 показан пример схемы, которая может работать с двумя свинцово-кислотными батареями, установленными последовательно. D1, D3 и R3 защищают ворота MP2 и MP3 от высокого напряжения.D2 предотвращает закачку ворот MP3 под землю и выход зарядного устройства вместе с ним, когда перевернутая батарея подключена к горячему подключению. MP1 и R1 обнаруживают, когда в цепи установлена батарея в обратном порядке или находится в неправильном состоянии защелки отключения, и отключают зарядное устройство, используя отсутствующую функцию RT LTC4015.

Можно разработать схему защиты от обратного напряжения для приложений на основе зарядного устройства. Были разработаны некоторые схемы и проведено сокращенное тестирование с обнадеживающими результатами.Нет серебряной пули для решения обратной проблемы с аккумулятором, но, надеюсь, представленные подходы дают достаточно вдохновения для создания простого и недорогого решения.

Стивен Мартин (Steven Martin) — менеджер по дизайну зарядных устройств в компании Analog Devices.

Статьи по теме :

Защита от обратной полярности: как защитить свои цепи, используя только диод

При подключении питания с неправильной полярностью легко сделать ошибку. К счастью, защитить свое устройство от обратной полярности тоже довольно просто.

Плохие вещи могут случиться, если вы измените полярность источника питания вашего устройства. Замена положительного и отрицательного выводов питания, вероятно, является основным методом «выпустить дым» из новой блестящей печатной платы, и на самом деле это лучший сценарий, чем нанесение какого-либо тонкого повреждения, которое приводит к затруднительным или периодическим сбоям. Обратная полярность также может возникнуть после фазы тестирования и разработки. Устройство, как правило, спроектировано таким образом, чтобы конечный пользователь не мог неправильно подключить кабель питания, но даже лучшие из нас могут иногда вставлять батарею, не глядя на диаграмму полярности….

Я предпочитаю использовать любые доступные средства, чтобы сделать обратную полярность физически невозможной, но суть в том, что устройство никогда не будет по-настоящему безопасным, если сама схема не способна выдержать обратное напряжение питания. В этой статье мы рассмотрим два простых, но очень эффективных способа сделать вашу схему устойчивой к ошибкам, связанным с неправильной полярностью источника питания.

Что такое диод защиты от обратной полярности?

Фактически, вы можете получить защиту от обратной полярности с помощью диода.Да, вам нужен только один диод. Это действительно работает, но, конечно, более сложное решение может обеспечить превосходную производительность.

Идея состоит в том, чтобы включить диод последовательно с линией питания.

Если вы не знакомы с этой техникой, поначалу это может показаться немного странным: может ли диод изменять полярность приложенного напряжения? Может ли он действительно «изолировать» схему ниже по потоку от приложенного напряжения?

Конечно, он не может «отменить» обратную полярность, но он может изолировать остальную цепь от этого состояния просто потому, что он не будет проводить ток, когда напряжение на катоде выше, чем напряжение на аноде.Таким образом, в ситуации обратной полярности повреждающие обратные токи не могут протекать, и напряжение на нагрузке не совпадает с обратным напряжением источника питания, потому что диод функционирует как разомкнутая цепь.

Схема LTspice, показанная выше, позволяет нам исследовать переходное и установившееся поведение схемы диодной защиты. Напряжение источника питания изначально равно 0 В, затем оно резко меняется до –3 В. Моя идея состоит в том, чтобы смоделировать эффект неправильной вставки двух единиц 1.Батарейки 5 В (или одна батарея 3 В). Моделирование включает сопротивление нагрузки (соответствует схеме, потребляющей около 3 мА) и емкость нагрузки (соответствует развязывающим конденсаторам для нескольких ИС).

Вы можете видеть, что некоторый обратный ток (т. Е. Между катодом и анодом) действительно течет через диод. Переходный ток очень мал, а длительный ток минимален. Однако ток течет, и, следовательно, катодная сторона не полностью плавает; вместо этого существует очень небольшое обратное напряжение в цепи нагрузки.Однако это не стационарное состояние. Если мы расширим симуляцию до 300 мс, мы увидим следующее:

Таким образом, когда емкость нагрузки увеличивается и становится разомкнутой, ток падает до нуля (или, точнее, 0,001 фемтоампера, согласно LTspice), и, следовательно, обратное напряжение на нагрузке отсутствует. Вывод состоит в том, что диод не идеален, но, насколько я понимаю, он достаточно близок, потому что я не могу представить, чтобы на любую реалистичную схему отрицательно повлияли ~ 100 мс нескольких микровольт обратной полярности.

Плюсы и минусы

К настоящему времени преимущества этой схемы должны быть очевидны: она дешевая, чрезвычайно простая и очень эффективная. Однако есть определенные недостатки, которые следует учитывать:

Во время нормальной работы диод падает до типичного значения ~ 0,6 В. Это может составлять значительную часть напряжения питания, а при уменьшении напряжения аккумулятора устройство может преждевременно прекратить работу.
Любой компонент, на котором наблюдается падение напряжения и протекающий через него ток, потребляет энергию.Если эта рассеиваемая энергия исходит от батареи, диод сокращает срок службы батареи. Это может быть неприемлемым компромиссом для устройств, которые имеют очень низкий риск возникновения обратной полярности.

Защита от обратной полярности с помощью диода Шоттки

Простой способ устранить оба вышеперечисленных недостатка — использовать диод Шоттки вместо обычного диода. Такой подход снижает потери напряжения и рассеиваемую мощность. Я не уверен, насколько низко могут работать диоды Шоттки, но в некоторых случаях прямое напряжение может быть ниже 300 мВ.

Вот новая схема моделирования:

Следующие спецификации дают вам пример характеристик прямого напряжения диода BAT54:

Таблица взята из этого описания Vishay.

Вот график переходной и установившейся характеристики схемы защиты от обратной полярности на основе Шоттки.

Вы можете видеть, что обратный ток и обратное напряжение на нагрузке намного больше, чем то, что мы наблюдали с диодом не Шоттки.Этот более высокий обратный ток утечки является известным недостатком диодов Шоттки, хотя в этом конкретном приложении обратный ток все еще намного ниже, чем все, что могло бы вызвать серьезное беспокойство. Поэтому, когда дело доходит до защиты от обратной полярности, безусловно, предпочтительнее диоды Шоттки.

Заключение

Мы убедились, что одиночный диод — это удивительно эффективный способ включения защиты от обратной полярности в схему источника питания устройства. Диоды Шоттки имеют более низкое прямое напряжение и, следовательно, обычно являются лучшим выбором, чем обычные диоды.Сотрудник AAC, имеющий опыт работы с этими схемами, рекомендует p / n 1N4001 (если по какой-то причине вы хотите использовать нормальный диод) или p / n MBRA130 (это диод Шоттки).

CTEK Умные зарядные устройства делают безопасность приоритетом — smartercharger.com

Зарядка автомобильных аккумуляторов может нервировать многих водителей. Кабели неправильные? Будут ли искры? Могу ли я быть в физической опасности? Умные зарядные устройства CTEK разработаны с учетом требований безопасности.

Зарядные устройства

CTEK Smarter Charger имеют искробезопасную конструкцию с защитой от короткого замыкания, которая включает функцию предотвращения обратной полярности.

Опасности обратной полярности

Обратная полярность — это когда положительная и отрицательная полярности противоположны тому, для чего они предназначены. Короче говоря, это означает, что кабели подключены к неправильным клеммам аккумулятора.

Когда это произойдет, есть вероятность взрыва аккумулятора. Использование неправильных клемм может повредить аккумулятор до такой степени, что он больше не сможет удерживать заряд. Из поврежденных аккумуляторов может протекать кислота, что создает опасность их утилизации.

Использование неправильных клемм не только ставит под угрозу аккумулятор, но и может повредить автомобиль.Провода могут расплавиться, а электронные компоненты «подгореть».

Приверженность CTEK безопасности

Умные зарядные устройства

CTEK делают безопасность приоритетом. Зарядное устройство знает, если вы подсоедините один конец к неправильному полюсу батареи, и не будет работать, если оно будет подсоединено неправильно. Для их использования не требуются какие-либо специальные знания.

Удобно, что красный индикатор на зарядном устройстве предупреждает вас, если оно было подключено неправильно, чтобы вы могли правильно подключить его.

Наша запатентованная технология импульсного обслуживания также означает, что зарядные устройства CTEK можно подключать к батарее в течение нескольких месяцев, так что вы можете просто подключить и забыть.

Наши умные зарядные устройства постоянно обмениваются данными с аккумулятором на протяжении всего процесса зарядки и обеспечивают заряд только в зависимости от конкретных потребностей аккумулятора. Это предотвращает перезарядку или недозаряд, что может сократить срок службы батареи.

Каждое интеллектуальное зарядное устройство CTEK регулирует напряжение для защиты любого чувствительного электрического и Hi-Fi оборудования.

Каждое зарядное устройство CTEK разработано так, чтобы быть полностью безопасным для вас и вашего автомобиля.

Наши клиенты многого требуют от наших продуктов, поэтому мы стараемся, чтобы они могли справиться со всем, что им бросают.

Наши продукты являются результатом постоянных инвестиций в качество, безопасность и производительность на нашем современном предприятии в Швеции.

Палящая жара, ледяной холод, пыль и сырость — все, что мы производим, проходит испытания в лаборатории, поэтому мы можем гарантировать, что они обеспечат максимальную производительность, безопасность и эффективность в любых условиях.

Продукты

CTEK соответствуют всем необходимым юридическим и эксплуатационным требованиям и проходят независимую валидацию и проверку в самых известных мировых испытательных институтах, включая Intertek SEMKO AB и UL.

Вы можете использовать интеллектуальное зарядное устройство CTEK с уверенностью, зная, что зарядное устройство разработано для обеспечения безопасности вас и вашего автомобиля.

Вы можете использовать инструмент выбора зарядного устройства, чтобы узнать, какое зарядное устройство CTEK подходит для вашего автомобиля.

Защита автомобильной электроники от обратного подключения аккумуляторной батареи

Автор: Сива Уппулури, инженер по прикладным программам

В течение срока службы транспортного средства может потребоваться отключение аккумуляторной батареи для проведения работ по техническому обслуживанию или ее замены в случае возникновения неисправности.Во время повторного включения можно изменить полярность подключения батареи, что может привести к потенциальным коротким замыканиям и другим проблемам с нагрузками, подключенными к батарее. К сожалению, эта проблема не решается полностью механической конструкцией клемм аккумуляторных батарей разного размера или использованием заметной цветовой кодировки кабелей, разъемов и клемм. Следовательно, необходима какая-либо форма электронной блокировки или защиты от обратной полярности не только для защиты самой батареи, но и для защиты постоянно растущего числа электронных блоков управления (ЭБУ), на которые полагаются современные автомобили.

В этой статье исследуются различные подходы, которые можно использовать для защиты от обратного заряда батареи, и исследуются преимущества и недостатки каждого из них. В частности, он выглядит как супербарьерный выпрямитель (SBR ^®), который устраняет недостатки различных решений на основе MOSFET и даже превосходит простой диод Шоттки с точки зрения эффективности и надежности.

Схемы потенциальной защиты:

Популярные методы защиты ЭБУ включают использование блокирующего диода или, чтобы избежать неэффективности обычного выпрямительного диода, использование полевого МОП-транзистора в качестве идеального диода.В других решениях может использоваться специально разработанная ИС. В конечном итоге выбранное решение должно соответствовать производительности, необходимой в конкретном контексте конечного приложения, с учетом таких факторов, как количество / сложность компонентов, стоимость, энергоэффективность и, что, вероятно, наиболее важно, адекватно ли оно выдерживает состояние отказа и любые связанные с ним переходные процессы. . Последнее обычно оценивается с использованием определенных в ISO7637-2 импульсов, которые проверяют совместимость оборудования, установленного в транспортных средствах, с проводимыми электрическими переходными процессами, как описано ниже.

Блокирующий диод — простейшее средство защиты от обратного подключения батареи. Установка выпрямительного диода последовательно с нагрузкой ЭБУ гарантирует, что ток может течь только при правильном подключении аккумулятора. Поскольку управляющий сигнал не требуется, сложность схемы и количество компонентов невысокие. С другой стороны, диод рассеивает энергию все время, пока ЭБУ находится под напряжением, из-за своего прямого напряжения VF, которое может вызвать значительные потери в приложениях с большой мощностью.

Использование устройства с низким VF, такого как диод Шоттки, вместо стандартного выпрямителя, может уменьшить потери, связанные со стандартным выпрямителем.Однако характеристика обратной утечки диода Шоттки особенно зависит от температуры, что приводит к повышенным потерям энергии и делает устройство уязвимым для теплового разгона, если большая обратная мощность применяется в условиях высоких температур.

Альтернативным решением является установка полевого МОП-транзистора в источник питания высокого напряжения ЭБУ и подключение затвора так, чтобы устройство включалось только при правильной полярности батареи. Поскольку сопротивление полевого МОП-транзистора (RDS (ON)) обычно составляет всего несколько миллиомов, потери мощности I2R низки по сравнению с потерями, вызванными VF диода.Кроме того, обратная блокировка более надежна, чем у диода Шоттки. Можно использовать N-канальный или P-канальный MOSFET при условии, что корпусный диод сток-исток устройства ориентирован так, чтобы проводить ток, протекающий в правильном направлении в ЭБУ.

MOSFET с N-каналом или P-каналом может использоваться для защиты от обратной батареи высокого напряжения. N-канальное устройство обеспечивает топологию с наименьшими потерями мощности благодаря низкому RDS (ON). Однако для включения полевого МОП-транзистора необходимо напряжение затвора, превышающее напряжение батареи.Для этого требуется подкачка заряда, как показано на рисунке 1, что увеличивает сложность схемы и стоимость компонентов, а также может создавать проблемы с электромагнитными помехами. P-канальный МОП-транзистор сопоставимого размера будет иметь более высокое значение RDS (ON) и, следовательно, более высокие потери мощности, но может быть реализован с помощью более простой схемы управления, содержащей стабилитрон и резистор.

Хотя включение N-канального МОП-транзистора в цепь низкого напряжения устранит необходимость в подкачке заряда, это также приведет к сдвигу заземления, что неприемлемо для чувствительных автомобильных систем.

Рисунок 1а. Накачка заряда, необходимая для подачи напряжения на затвор полевого МОП-транзистора, увеличивает сложность и может вызвать проблемы с электромагнитными помехами.

Рисунок 1b: P-канальный MOSFET, используемый для устройства защиты от обратного заряда батареи, требует меньшего количества компонентов, но вызывает более высокие потери мощности

Super Barrier Rectifier, запатентованная выпрямительная технология от Diodes Incorporated, сочетает в себе простоту и надежность обычного диода с низким прямым напряжением диода Шоттки, чтобы обеспечить превосходное решение проблемы защиты от обратного заряда батареи.На рисунке 2 показано, как SBR вставляется в источник питания высокого напряжения ЭБУ, во многом так же, как и обычный диод.

Рис. 2. SBR подключается так же, как диод или полевой МОП-транзистор, без использования схемы подкачки заряда.

Супербарьерный выпрямитель использует канал MOS для создания низкого потенциального барьера для большинства несущих. Это приводит к сочетанию низкого VF с высокой надежностью, в отличие от типичного устройства Шоттки. В то же время SBR имеет более низкую обратную утечку, которая остается стабильной даже при высоких температурах, тем самым сводя к минимуму потери энергии и избегая риска теплового разгона, связанного с диодами Шоттки.Кроме того, отсутствие переходов Шоттки также обеспечивает более высокую устойчивость к перенапряжениям. Кроме того, SBR позволяет избежать накачки заряда, необходимой для N-канального MOSFET, что означает отсутствие проблем с электромагнитными помехами.

Несмотря на то, что защитное устройство предназначено для предотвращения протекания тока из-за обратного подключения батареи, оно само может подвергаться потенциально опасным переходным процессам. В то время как многочисленные типы переходных процессов переключения могут приводить к возникновению коротких импульсов, наиболее опасными являются импульсы с высокой энергией.

Импульсное тестирование ISO:

Любое решение, предназначенное для защиты аккумуляторной батареи транспортного средства от обратного подключения, также должно быть достаточно надежным, чтобы выдерживать переходные процессы переключения, такие как импульсы высокой энергии, вызванные такими событиями, как внезапное отключение источника питания при включении питания индуктивная нагрузка или сброс нагрузки, т.е.е. когда аккумулятор отключен во время зарядки от генератора.

Испытания на соответствие самым жестким из этих условий при применении к цепям, обеспечивающим защиту от обратного заряда батареи, проводятся с использованием импульсов, определенных в ISO7637-2:

Импульс 1 представляет случай отключения питания при питании индуктивной нагрузки, когда выпрямитель подвергается воздействию импульса высокого отрицательного напряжения. Условия импульса, определенные ISO, показаны на рисунке 3.

Рисунок 3.Испытательный импульс ISO 1 имитирует сильный отрицательный импульс, вызванный отключением питания.

Помимо этого импульса, импульс 3a также подвергает устройство воздействию высокого отрицательного напряжения, но длительность этого импульса очень мала (0,1 мкс), и этот импульс представляет собой переходные процессы переключения.

Эти отрицательные переходные напряжения временно вызывают лавинное состояние защитных устройств. Подробное описание состояния лавины и ее воздействия на полупроводниковые переходы выходит за рамки данной статьи.Однако, говоря простыми словами, когда PN-переход подвергается лавинообразному состоянию, соединение выходит из строя и позволяет большому количеству обратного тока течь через него. Лавина может вызвать необратимые повреждения, если устройство не рассчитано на ток и энергию. В автомобильной защите от обратных аккумуляторов эти лавинообразные условия возникают из-за магнитной энергии, накопленной в индуктивных нагрузках, таких как реле, и любых паразитных индуктивностей, что делает их событием с ограниченной энергией.Следовательно, если устройство имеет адекватную лавинную стойкость, оно может выжить в таких ситуациях.

Важно выбрать устройство защиты с четко определенными и гарантированными характеристиками лавин, например, обратную защиту SBR, характеристики которой показаны на рисунке 4. На основе формы импульса и условий, приведенных на рисунке 3, пиковая мощность лавины, участвующая в тест Pulse 1 можно рассчитать как:

Pavalanche_peak = Vavalanche * Iavalanche_peak

, где:

Vavalanche = US = 100V

и:

Iavalanche_peak = Vavalanche / Ri = 100V / 10Ω3 Pavalanche_peak = 100V * 10A = 1000W

Однако показатель, который имеет значение для выдерживания энергии, генерируемой импульсом 1, — это средняя мощность за длительность импульса, определяемая по формуле:

Pavalanche_average = 0.5 * Vavalanche * Iavalanche_peak = 0,5 * 100 В * 10 A = 500 Вт

Таким образом, поскольку заявленная ширина импульса 1 в ISO7637-2 составляет 2 мс, из рисунка 4 видно, что лавинные характеристики этого устройства SBR превышают это ISO7637- 2 требование. Поскольку другой отрицательный импульс, импульс 3A, является переходным процессом с длительностью всего 100 нс, устройство, которое соответствует импульсу 1, также пройдет тестирование импульса 3A.

Рисунок 4: Длительность импульса в зависимости от максимальной мощности лавины (для устройства Diodes SBR30A60CTBQ )

На рисунке 5 сравнивается лавинная способность 10A 45V SBR с двумя конкурирующими диодами Шоттки.Как можно видеть, SBR имеет лавинную способность в 3–10 раз лучше, чем технология Шоттки. Таким образом, SBR лучше подходит для реверсивных аккумуляторных батарей, где возникают условия обратной лавины. При тщательном проектировании лавинная стойкость, аналогичная SBR, может быть достигнута и с решениями MOSFET.

Рис. 5. Превосходная лавинная стойкость SBR по сравнению с диодами Шоттки позволяет использовать устройства с более низким номиналом для большей эффективности.

Импульс 5a представляет состояние сброса нагрузки, которое происходит, когда разряженный аккумулятор отключается, пока генератор заряжает его.Это самый сильный положительный импульс, который может видеть устройство. Определение ISO7637 Pulse 5a показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Знание способности устройства к импульсному току помогает определить живучесть ISO 7637 Pulse 5a.

Рассмотрение импульса 5a приводит к выводу, что информация о способности устройства к прямому импульсному току важна при выборе устройства блокировки обратного заряда батареи. Даташиты для сертифицированных ACQ101 SBR от Diodes Incorporated включают эту информацию.

Наконец, тепловая способность устройства напрямую влияет на его устойчивость к импульсам ISO. Diodes Inc. предлагает решения SBR в различных пакетах, чтобы удовлетворить требования к тепловым характеристикам и занимаемому месту на печатной плате. Пожалуйста, посетите веб-сайт Diodes www.diodes.com для получения более подробной информации об этих пакетах.

Заключение:

Ряд подходов является жизнеспособным при реализации необходимой защиты аккумуляторной батареи от обратной полярности для автомобильных блоков управления. Разработчикам необходимо учитывать такие факторы, как энергопотребление и стоимость ЭБУ, чтобы достичь оптимального сочетания эффективности, сложности схемы, электромагнитной совместимости и прочности.Выпрямитель с супербарьером, который был разработан для мощных высокотемпературных приложений, таких как автомобилестроение, представляет собой альтернативу диоду Шоттки по конкурентоспособной цене и может обеспечить большую эффективность и надежность в ситуациях, когда низкая стоимость, низкая сложность и отсутствие электромагнитных помех. вопросы, являются приоритетами.

SBR является зарегистрированным товарным знаком Diodes Incorporated.

Загрузите PDF-версию этой статьи

Вернуться к указателю статей

Аналог планеты — защита от обратной полярности: какой метод подходит именно вам?

Это гостевая статья Адриана Миколайчака из Fairchild Semiconductor.

Обратная полярность, являющаяся результатом установившегося обратного смещения или отрицательного переходного процесса, может вызвать серьезные проблемы в электрической системе. Большинство кремниевых устройств не рассчитаны на воздействие отрицательной полярности. Если не защищать от этого, это может привести к полному отказу электрооборудования или, если состояние достаточно серьезное, к возгоранию. Риск обратной полярности представляет собой реальную угрозу для широкого спектра очень популярных приложений, включая мобильную электронику, системы с батарейным питанием, устройства, которые подключаются к автомобильному источнику питания, игрушки с питанием от постоянного тока, продукты с разъемами типа бочонок и т. Д. Устройство постоянного тока подвержено отрицательной горячей замене или индуктивным переходным процессам.Системы, поддерживающие подключение по USB и / или зарядку по USB, особенно восприимчивы.

Что вызывает обратную полярность?
Есть несколько вещей, которые могут вызвать событие обратной полярности. По большому счету, производитель не может предотвратить эти вещи, и поэтому разработчикам важно добавить защиту самой системы до того, как она покинет завод. Наличие встроенной защиты от обратной полярности помогает сохранить систему и может снизить количество возвратов в результате повреждений, вызванных внешними факторами.

Вот некоторые из наиболее частых причин обратной полярности:

Использование неоригинального зарядного устройства или блока питания стороннего производителя. Рынок зарядных устройств сторонних производителей постоянно растет, и не все из них разработаны с учетом предотвращения обратной полярности. Например, доступны зарядные устройства с несколькими наконечниками питания, включая цилиндрические разъемы, разъемы USB или «специальные» телефонные разъемы, а в некоторых случаях зарядные устройства имеют обратные электрические контакты или полярность может быть установлена пользователем.Это означает, что пользователь может создать проблему обратной полярности во время подключения, создав источник отрицательного напряжения или, что еще хуже, источник отрицательного напряжения, приложенного к устройству, на которое подается питание. Например, в случае с USB при быстром поиске в местных магазинах электроники было обнаружено два зарядных устройства сторонних производителей, которые могут перевернуть наконечник питания и вызвать событие обратной полярности.

Использование функции «горячего подключения» USB. К шине USB подключается все больше и больше устройств.На заре USB многие дизайнеры думали, что, поскольку источник питания USB контролировался спецификацией USB и поскольку USB-разъем имеет ключ, обратная полярность осталась в прошлом. Оказалось, что это не так. По мере увеличения количества устройств, использующих шину, также возрастают пределы потребляемой мощности и потребляемого тока. Например, для USB 2.0 ограничение по току для устройства шины составляет 0,5 А, а для USB 3.0 — 0,9 А, а при зарядке через USB — 1,5 А.

Реальность такова, что существует серьезная возможность обратной полярности с USB, и крупные производители систем продолжают подталкивать отрасль к новым экономичным решениям защиты.Реакцию рынка можно увидеть в спецификациях интерфейсных ИС, которые подключены к шине USB мобильных телефонов и других устройств. Исторически эти ИС были рассчитаны на работу только -0,3 В, но сегодня, из-за давления со стороны производителей оборудования, многие из этих ИС теперь рассчитаны на -2 В или даже -6 В.

Удобство возможности подключать или отключать мобильные устройства во время работы шины означает, что количество транзакций «горячего подключения» растет, как и объем и амплитуда переходных процессов горячего подключения.Эти индуктивные переходные процессы могут переключить шину в состояние обратной полярности. Хотя эти колебания обычно короткие, они могут быть значительными по амплитуде. При горячем отключении были измерены колебания напряжения на шине питания, превышающие ± 20 В. Этот переходный процесс может повлиять как на отключаемое устройство, так и на другие устройства на шине. По мере увеличения зарядных токов эта проблема только усугубляется. Развивающаяся среда делает надежную встроенную защиту растущим приоритетом для разработчиков систем, работающих с USB.

Использование неправильно вставленных батареек. Система с батарейным питанием может выйти из строя только потому, что батареи были вставлены неправильно с перевернутыми полюсами. Это особенно актуально для устройств, в которых используются традиционные форм-факторы, такие как батареи типа AAA, AA, C и D, или CR123, CR2 или литиевые плоские элементы. В прошлом решение заключалось в создании механической конструкции, предотвращающей электрический контакт с выводами батареи, если батарея была вставлена неправильно.

Но механические решения далеки от совершенства. Для них часто требуются специальные инструменты, потому что пружинные контакты требуют хорошо контролируемых допусков механической сборки, чтобы гарантировать надлежащий контакт, когда батарея вставлена правильно, и отсутствие контакта, когда это не так. Эти жесткие допуски могут привести к долгосрочным проблемам с надежностью, поскольку необходимые пружины и контакты могут погнуться или выйти из строя. Даже нормальное использование с регулярными циклами установки может вызвать усталость контактов и со временем снизить надежность.

Использование розетки в развивающейся стране. В мире все еще есть места, где электрическая инфраструктура предъявляет мало требований к защите, и в результате источник питания может передавать большие переходные процессы по линии. Внутренняя проводка может усугубить ситуацию. В прошлом традиционные лампы накаливания помогали поглощать и подавлять переходную энергию в линии электропередачи, но новые форматы, такие как светодиоды и CFL, не имеют таких характеристик подавления. Переход к экономии энергии за счет перехода на более эффективные технологии освещения может иметь негативный побочный эффект, создавая проблему, которой раньше не существовало.Поскольку во всем мире условия для перенапряжения продолжают развиваться, и невозможно узнать, где будет использоваться конечный продукт или с какими сторонними зарядными устройствами и источниками питания, интеграция надежной защиты от обратной полярности может повысить надежность и обеспечить душевное спокойствие.

Подключение устройства к электросети автомобиля (самолета, поезда и т. Д.). Транспортные источники питания, такие как те, которые используются в автомобилях, самолетах, поездах и даже мопедах или мотоциклах, общеизвестно «грязные».«Стартер или другой электродвигатель может тянуть сотни ампер с большими скачками тока, индуктивными выбросами и отрицательными переходными процессами. Во многих случаях адаптер питания в транспортном блоке питания включает защиту от обратной полярности, но есть исключения, особенно в случае недорогой замены. Ничего не подозревающий пользователь может вызвать событие обратной полярности, просто подключив устройство к гнезду прикуривателя автомобиля, не понимая, что это гнездо может вызвать сбой устройства.

Что должны делать проектировщики, чтобы предотвратить обратную полярность?
Поскольку существует множество способов вызвать событие обратной полярности, важно, чтобы проектировщики сделали все возможное, чтобы предотвратить повреждение системы обратной полярностью.Есть несколько способов сделать это, и у каждого метода есть свои компромиссы.

Мы сравнили ряд электронных решений и оценили их стоимость и эффективность. Наши номинальные категории включали стоимость решения, соответствующую стоимость проектирования или штрафы (например, падение напряжения, энергопотребление и место на плате) и уровень защиты (для устойчивого состояния и возможность защиты от переходного обратного смещения). Мы оценивали устройства по знакомой шкале: «А» — лучшее, а «F» — худшее.Оценки были усреднены по одинаковой шкале для создания составной итоговой оценки. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Рейтинги для методов защиты от обратной полярности

См. Статью EDN «Защита от обратной полярности: изученные методы, часть 1» для получения подробной информации об этих надлежащих методах защиты.

Защита от обратного тока / полярности батареи • Цепи

В устройствах с батарейным питанием и съемными батареями обычно необходимо предотвратить неправильное подключение батарей, чтобы предотвратить повреждение электроники, случайное короткое замыкание или другие несоответствующие операции.Если это невозможно физически, вам необходимо включить электронную защиту от обратного тока. Физическая защита может означать просто поляризованный разъем или батарею со смещенными соединениями (как и в большинстве литиевых батарей мобильных телефонов) в сочетании с инструкционными символами и изображениями. Для батареек размера AAA или AA есть держатели, которые сконструированы таким образом, что при неправильной установке батареи один конец не соприкасается. По-прежнему существуют обстоятельства, когда физические средства невозможны, например, с большинством монетных батарей или если пользователь может подключить питание с помощью проводов к клеммным колодкам с винтовыми зажимами.Следовательно, это может относиться и к устройствам, не работающим от батарей, и, вероятно, применимо к автомобильной электронике.
Следовательно, разработчики и производители электронных продуктов должны убедиться, что обратный ток, обратный ток, обратный ток и напряжение обратного смещения достаточно низкое, чтобы предотвратить повреждение либо самой батареи, либо внутренней электроники продукта.

Почему бы не использовать простой диод?

Использование диода в качестве защиты от обратной полярности мощности, как показано на схеме Circuit 1 , является очень простым и надежным решением, если вы можете позволить себе тратить энергию.Скорее всего, с устройством с батарейным питанием вы не захотите тратить энергию, особенно если ваше напряжение питания уже достаточно низкое, и поэтому падение напряжения на 0,3 В или 0,4 В на диоде Шоттки будет значительным и неприемлемым. Для более высоких напряжений питания в диапазоне 9–48 В и автомобильных приложений небольшое падение напряжения может не иметь значения, особенно при низком токе. При высоких токах, превышающих 5 А, может возникнуть проблема с повышением температуры из-за больших потерь мощности. Вы не хотите, чтобы диод был слишком горячим, поэтому, скорее всего, потребуется добавить радиатор.

Цена диода Шоттки выше обычного диода, но потери значительно ниже. Имейте в виду, что многие диоды Шоттки имеют довольно высокую утечку обратного тока, поэтому убедитесь, что вы выбираете диоды с низким обратным током (около 100 мкА) в схеме защиты батареи.
При 5 амперах потери мощности в диоде Шоттки обычно будут: 5 x 0,4 В = 2 Вт по сравнению с обычным диодом: 5 x 0,7 В = 3,5 Вт.

Хорошим кандидатом для использования в системе защиты от обратного тока является новый тип диода под названием Super Barrier Rectifier (SBR), запатентованный компанией Diodes Inc.технология, которая использует процесс изготовления МОП (традиционный Шоттки использует биполярный процесс) для создания превосходного двухполюсного устройства, которое имеет более низкое прямое напряжение (VF), чем сопоставимые диоды Шоттки, обладая термостабильностью и высокими характеристиками надежности эпитаксиальных диодов PN. Диод
Super Barrier Rectifier (SBR) разработан для приложений с высокой мощностью, низкими потерями и быстрым переключением. Наличие МОП-канала в его структуре формирует низкий потенциальный барьер для основных носителей, поэтому прямое смещение SBR при низком напряжении аналогично работе диода Шоттки.Однако ток утечки ниже, чем у диода Шоттки при обратном смещении из-за перекрытия обедняющих слоев P-N и отсутствия снижения потенциального барьера из-за заряда изображения.
TRENCH SUPER BARRIER RECTIFIERS (SBRT).
Trench SBR — это следующая эволюция, которая дает нам высокопроизводительного члена в семействе SBR. Используя передовую траншейную технологию, SBRT предлагает еще меньший VF для приложений, где очень важно сверхнизкое прямое напряжение. В то время как дальнейшие технологические усовершенствования постоянно применяются к SBRT, эти усилия приводят к еще более продвинутому и экономичному члену — SBRTF.Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Diodes Inc.

Обратная защита с использованием N-канального МОП-транзистора

Самые последние полевые МОП-транзисторы имеют низкое сопротивление ОЧЕНЬ , намного ниже, чем у типов с P-каналом, и поэтому идеально подходят для обеспечения защиты от обратного тока с минимальными потерями. Схема 3 показывает полевой МОП-транзистор нижнего плеча в обратном пути заземления. Корпусный диод полевого транзистора ориентирован в направлении нормального протекания тока. Когда батарея установлена неправильно, напряжение затвора полевого транзистора NMOS низкое, что не позволяет ему включиться.

Когда батарея установлена правильно и переносное оборудование запитано, напряжение затвора NMOS FET повышается, а его канал закорачивает диод. Падение напряжения RdsOn × ILOAD наблюдается в обратном пути заземления при использовании полевого транзистора NMOS. Некоторые из последних пороговых напряжений N-FET и RdsOn, используемые для защиты от обратного тока, перечислены в , таблица 1, и более высокие типы тока в , таблица 3, ниже на этой странице.

Производитель	Тип	Пакет	RdsOn
IRF (OnSemi)	ILRML2502	СОТ – 23	80 мОм @ 2.Пороговое напряжение 7 В
Вишай	Si2312	СОТ – 23	51 мОм при пороговом напряжении 1,8 В

Таблица 1.
Обратная сторона:
Вставка N-MOSFET в цепь заземления приведет к сдвигу заземления, который может быть неприемлемым для всех приложений. Это может вызвать проблемы для чувствительных приложений (например, автомобильных систем) с одним или несколькими подключениями, возможно, к датчикам, коммуникационным шинам и исполнительным механизмам, внешним по отношению к цепи.

Чтобы использовать полевой МОП-транзистор в качестве предохранителя от обратного тока в цепи питания высокого напряжения, необходимо, чтобы для включения полевого МОП-транзистора напряжение затвора превышало напряжение батареи. Для этого требуется схема подкачки заряда, которая увеличивает сложность схемы и стоимость компонентов, а также может создавать проблемы с электромагнитными помехами. P-канальный МОП-транзистор сравнимого размера будет иметь более высокое значение RdsOn и, следовательно, более высокие потери мощности, но может быть реализован с помощью более простой схемы управления, содержащей стабилитрон и резистор.

Обратная защита с использованием P-канального MOS-FET транзистора

Самые последние полевые МОП-транзисторы имеют очень низкое сопротивление и поэтому идеально подходят для обеспечения защиты от обратного тока с минимальными потерями. Схема 2 показывает полевой PMOS-транзистор верхнего плеча в тракте питания. Корпусный диод полевого транзистора ориентирован в направлении нормального протекания тока. Когда батарея установлена неправильно, напряжение затвора PMOS FET высокое, что не позволяет ему включиться.

Стабилитрон защищает от превышения рекомендованного напряжения затвор-исток и может не требоваться в зависимости от диапазона входного напряжения и используемого полевого МОП-транзистора.Для защиты от возможных скачков напряжения и переходных процессов от разрушения полевого МОП-транзистора на входе может быть добавлена пара транзорбционных диодов, как показано на рис. 3. Конденсатор между затвором и истоком добавлен, чтобы гарантировать правильную работу схемы при быстром изменении. полярности входного напряжения.
Когда аккумулятор установлен правильно и переносное оборудование запитано, напряжение затвора PMOS FET становится низким, а его канал закорачивает диод.
Падение напряжения RdsOn × ILOAD наблюдается в цепи питания.В прошлом основным недостатком этих схем была высокая стоимость полевых транзисторов с низким значением RdsOn и низким пороговым напряжением. Однако достижения в области обработки полупроводников привели к созданию полевых транзисторов, которые обеспечивают минимальное падение напряжения в небольших корпусах. Некоторые из последних пороговых напряжений P-FET и RdsOn показаны в таблице 2.

Производитель	Тип	Пакет	RdsOn
IRF (OnSemi)	ILRML6401	СОТ – 23	85 мОм @ 2.Пороговое напряжение 7В
Вишай	Si2323	СОТ – 23	68мОм при пороговом напряжении 1,8 В

Таблица 2.

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LM74610

LM74610-Q1 — это контроллер, который можно использовать с N-канальным MOSFET в схеме защиты от обратной полярности.Он предназначен для управления внешним полевым МОП-транзистором для имитации идеального диодного выпрямителя при последовательном подключении к источнику питания. Уникальным преимуществом этой схемы является то, что она не привязана к земле и, следовательно, имеет нулевой Iq. Контроллер LM74610-Q1 обеспечивает управление затвором для внешнего N-канального полевого МОП-транзистора и внутренний компаратор с быстрым откликом для разрядки затвора полевого МОП-транзистора в случае обратной полярности. Эта функция быстрого понижения ограничивает количество и продолжительность обратного тока, если обнаруживается противоположная полярность.Конструкция устройства также соответствует требованиям CISPR25 Class 5 EMI и автомобильным требованиям ISO7637 к переходным процессам с подходящим TVS-диодом.

LM74610 — это контроллер с нулевым Iq, который объединен с внешним N-канальным MOSFET для замены диода или P-MOSFET решения обратной полярности в энергосистемах. Напряжение на истоке и стоке MOSFET постоянно контролируется выводами ANODE и CATHODE LM74610-Q1. Внутренний зарядный насос используется для обеспечения привода GATE для внешнего полевого МОП-транзистора.. Эта накопленная энергия используется для управления затвором полевого МОП-транзистора. Падение напряжения зависит от RDSON конкретного используемого полевого МОП-транзистора, который значительно меньше, чем у полевого транзистора. LM74610-Q1 не имеет заземления, что делает его идентичным диоду. TZ1 и TZ2 не требуются для LM74610-Q1. Однако они обычно используются для ограничения выбросов положительного и отрицательного напряжения соответственно. Выходной конденсатор Cout рекомендуется для защиты от немедленного падения выходного напряжения в результате сбоев в линии.C1 и C2 подавляют высокочастотный шум в дополнение к функции фиксаторов ESD.

MOSFET Выбор:

LM74610-Q1 может обеспечить до 5 В напряжения затвор-исток (VGS). Важными электрическими параметрами полевого МОП-транзистора являются максимальный непрерывный ток стока, максимальное напряжение сток-исток VDS (MAX) и сопротивление сток-исток RDSON. Максимальный непрерывный ток стока, ID, рейтинг должен превышать максимальный непрерывный ток нагрузки. Рейтинг максимального тока через основной диод, IS, обычно равен или немного выше, чем ток стока, но ток основного диода протекает только в течение небольшого периода времени, когда конденсатор накачки заряда заряжается.Напряжение на внутреннем диоде полевого МОП-транзистора должно быть выше 0,48 В при низком токе. Напряжение на внутреннем диоде полевого транзистора обычно уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. Это увеличит требования к току истока для достижения минимального напряжения сток-исток на внутреннем диоде для инициирования подкачки заряда. Максимальное напряжение сток-исток, VDS (MAX), должно быть достаточно высоким, чтобы выдерживать самое высокое дифференциальное напряжение, наблюдаемое в приложении. Это будет включать любые ожидаемые неисправные состояния.LM74610-Q1 не имеет ограничения по положительному напряжению, однако для автомобильных приложений рекомендуется использовать полевые МОП-транзисторы с номинальным напряжением около 45 В.

В таблице 3 показаны примеры рекомендуемых полевых МОП-транзисторов для использования с LM74610:

Деталь №	Напряжение (В)	Ток утечки при 25 ° C	Rdson мОм при 4,5 В	Vgs Порог (V)	Напряжение диода @ 2A при 125 * C / 175 * C	Корпус, Площадь основания	Qual
CSD17313Q2	30	5	26	1.8	0,65	SON, 2 x 2 мм	Авто
SQJ886EP	40	60	5,5	2,5	0,5	PowerPAK SO-8L, 5 x 6 мм	Авто
SQ4184EY	40	29	5,6	2,5	0,5	SO-8, 5 x 6 мм	Авто
Si4122DY	40	23,5	6	2.5	0,5	SO-8, 5 x 6 мм	Авто
RS1G120MN	40	12	20,7	2,5	0,6	HSOP8, 5 x 6 мм	Авто
RS1G300GN	40	30	2,5	2,5	0,5	HSOP8, 5 x 6 мм	Авто
CSD18501Q5A	40	22	3.3	2,3	0,53	SON, 5 x 6 мм	Промышленное
SQD40N06-14L	60	40	17	2,5	0,5	TO-252, 6 x 10 мм	Авто
SQ4850EY	60	12	31	2,5	0,55	SO8, 5 x 6 мм	Авто
CSD18532Q5B	60	23	3.3	2,2	0,53	SON, 5 x 6 мм	Промышленное
IPG20N04S4L-07A	40	20	7,2	2,2	0,48	PG-TDSON-8-10, 5 x 6 мм	Авто
IPB057N06N	60	45	5,7	3,3	0,55	PG-TO263-3, 10 x 15 мм	Авто
IPD50N04S4L	40	50	7.3	2,2	0,5	PG-TO252-3-313, 3 x 6 мм	Авто
BUK9Y3R5-40E	40	100	3,8	2,1	0,48	LFPAK56, Power-SO8 5×6 мм	Авто
IRF7478PBF-1	60	7	30	3	0,55	SO8, 5 x 6 мм	Промышленное
SQJ422EP	40	75	4.3	2,5	0,5	PowerPAK SO-8L, 5 x 6 мм	Авто
IRL1004	40	130	6,5	1	0,6	К-220АБ	Авто
AUIRL7736	40	112	2,2	3	0,65	DirectFET, 5 x 6 мм	Авто

ТАБЛИЦА 3

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LTC4359

LTC®4359 — это высоковольтный, идеальный диодный контроллер, который управляет внешним N-канальным MOSFET вместо диода Шоттки.Он контролирует падение прямого напряжения на полевом МОП-транзисторе, чтобы обеспечить плавную подачу тока без колебаний даже при небольших нагрузках. Если источник питания выходит из строя или закорочен, быстрое отключение минимизирует переходные процессы обратного тока. Доступен режим отключения, позволяющий снизить ток покоя до 9 мкА для переключателя нагрузки и 14 мкА для идеальных диодных приложений. При использовании в сильноточных диодах LTC4359 снижает энергопотребление, тепловыделение, потери напряжения и площадь печатной платы. Благодаря широкому диапазону рабочего напряжения, способности выдерживать обратное входное напряжение и высокой температуре, LTC4359 удовлетворяет строгим требованиям как автомобильных, так и телекоммуникационных приложений.LTC4359 также легко подключает источники питания в системах с резервными источниками питания.
Operation:
LTC4359 управляет внешним N-канальным MOSFET для формирования идеального диода. Усилитель GATE (см. Блок-схему) распознает входы и выходы и управляет затвором полевого МОП-транзистора для регулирования прямого напряжения до 30 мВ. По мере увеличения тока нагрузки GATE поднимается выше, пока не будет достигнута точка, в которой MOSFET будет полностью включен. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к прямому падению RdsOn x ILOAD.Если ток нагрузки уменьшается, усилитель GATE опускает затвор полевого МОП-транзистора ниже, чтобы поддерживать падение на 30 мВ. Если входное напряжение снижается до точки, при которой прямое падение 30 мВ не может поддерживаться, усилитель GATE отключает MOSFET.
В случае быстрого падения входного напряжения, такого как короткое замыкание на входе или скачок отрицательного напряжения, через полевой МОП-транзистор временно протекает обратный ток. Этот ток обеспечивается любой емкостью нагрузки и другими источниками питания или батареями, которые питают выход в диодных приложениях ИЛИ.FPD COMP (Fast Pull-Down Comparator) быстро реагирует на это условие, выключая полевой МОП-транзистор через 300 нс, тем самым сводя к минимуму помехи выходной шине. Контакты IN, SOURCE, GATE и SHDN защищены от обратных входов до –40 В. Внутренний компаратор обнаруживает отрицательные входные потенциалы на выводе SOURCE и быстро переводит GATE в положение SOURCE, отключая MOSFET и изолируя нагрузку от отрицательного входа. При низком уровне на выводе SHDN отключается большая часть внутренних схем, уменьшая ток покоя до 9 мкА и удерживая полевой МОП-транзистор выключенным.На выводе SHDN можно установить высокий уровень или оставить открытым для включения LTC4359. Если оставить открытым, внутренний источник тока 2,6 мкА поднимает SHDN на высокий уровень.
Информация о приложениях:
Блокирующие диоды обычно размещаются последовательно с входами питания с целью объединения резервных источников питания и защиты от реверсирования питания. LTC4359 заменяет диоды в этих приложениях на MOSFET, чтобы уменьшить падение напряжения и потери мощности, связанные с пассивным решением. Кривая, показанная на странице 1, показывает резкое снижение потерь мощности, достигаемое на практике.Это дает значительную экономию площади платы за счет значительного снижения рассеиваемой мощности в проходном устройстве. При низких входных напряжениях улучшение потерь напряжения в прямом направлении легко оценить там, где запасы ограничены, как показано на рисунке 2.
LTC4359 работает в диапазоне от 4 до 80 В и выдерживает абсолютный максимальный диапазон от –40 до 100 В без повреждений. В автомобильных приложениях LTC4359 работает через сброс нагрузки, холодный запуск и скачки двух аккумуляторов, и он выдерживает обратное подключение аккумуляторов, а также защищает нагрузку.
Применение идеального диода на 12 В / 20 А показано на схеме Схема 5 .

В дополнение к полевому МОП-транзистору Q1 имеется несколько внешних компонентов. Идеальные диоды, как и их неидеальные аналоги, демонстрируют поведение, известное как обратное восстановление. В сочетании с паразитными или преднамеренно введенными индуктивностями пики обратного восстановления могут генерироваться идеальным диодом во время коммутации. D1, D2 и R1 защищают от этих всплесков, которые в противном случае могли бы превысить рейтинг выживаемости LTC4359 от –40 до 100 В.COUT также играет роль в поглощении энергии обратного восстановления. Пики и схемы защиты подробно обсуждаются в разделе «Ошибки короткого замыкания на входе».
Важно отметить, что вывод SHDN при отключении LTC4359 и снижении его потребления тока до 9 мкА не отключает нагрузку от входа, поскольку внутренний диод Q1 присутствует постоянно. Второй MOSFET требуется для приложений переключения нагрузки.

Заключение

Использование запатентованного чипа, такого как LTC4349 и LM74610, позволяет сэкономить часть проектных работ, поэтому вы получите рабочее решение с меньшими усилиями, но с более высокой стоимостью компонентов по сравнению с дискретным решением.И, если вы проектируете для автомобильной промышленности, вам необходимо убедиться, что ваша конструкция соответствует требованиям соответствующих стандартов, таких как ISO7637-2.

Микроконтроллер
— Защита от обратного напряжения и перенапряжения цепи с питанием от USB / аккумулятора
Заранее спасибо! У меня есть упрощенный чертеж, на котором подробно показаны только силовые компоненты (он выглядит беспорядочно, потому что я удалил некоторые не силовые цепи).
MCU — это nRF52840, который использует USB-5V на VBUS (встроенный в микросхему USB представляет собой отдельную / изолированную цепь от остальной части ядра микросхемы 3.3В). В моей конфигурации MCU дополнительно требует 3,3 В.
Хотел бы запросить какие-либо улучшения / изменения для защиты схемы от случайной обратной полярности, коротких замыканий, перенапряжения, статического электростатического разряда. ESD: стандартная защита для наружного применения Перенапряжение: Рабочее напряжение 0-5,5 В, не должно быть выше 5,8 В.
Три варианта питания:
Стандартное зарядное устройство USB для телефона 5 В (используется только для программирования микросхемы)
5 В, внешний через 2-контактный разъем питания (используется только для зарядки липо-аккумулятора)
Одинарный липо 3.Батарея 6-4,2 В (используется для нормальной работы, нет необходимости в USB или внешнем 5 В)
Последовательность: Зарядное устройство USB подключено к порту micro USB (используется только для программирования). Здесь необходимо добавить ESD для D + и D-. Этот USB-провод соединяется с внешним входом 5V вилки питания (два никогда не будут запитаны одновременно, только один из другого).
После соединения USB и внешнего 5 В он переходит в MOSFET Si2301 для защиты от обратного напряжения. Я думаю, мне следует добавить сюда стабилитрон на 6 В и резистор 100 кОм, чтобы ограничить перенапряжение до 6 В.Защитит ли это его от отрицательного и положительного напряжения 6 В и выше или только от отрицательного 6 В и выше (обратное напряжение)?
Затем USB / 5V идет к зарядному устройству Lipo BQ24090 и выходит как 4,2–2,5 В. Вход этой микросхемы имеет обратную защиту, защиту от электростатического разряда, защиту от короткого замыкания, но только внутри микросхемы и на выходе.
От зарядного устройства он разделяется на липо-аккумулятор и на двойной P-MOSFET переключатель / массив обратной защиты. Это упрощенная версия Pololu 2810 https: // www.pololu.com/product/2810
Цепь Pololu может переключаться ручным переключателем и / или сигналом MCU HIGH / LOW. ВЫСОКИЙ означает ВКЛ, а НИЗКИЙ отключает полевой МОП-транзистор. Нормальная работа — ВЫСОКАЯ. Программный таймер внутри MCU выключает MOSFET, посылая LOW, который, в свою очередь, «отключает» липо-батарею и убивает всю мощность, включая собственное питание MCU. Только ручной переключатель мгновенного действия может «разбудить» его.
Аккумулятор заряжается, даже если переключатель Pololu MOSFET выключен.
Питание от аккумулятора 4.2 В поступает на массив переключателей MOSFET и поступает на регулятор AP2112 (это может измениться для другой модели). Перед тем, как батарея 3,6-4,2 В войдет в стабилизатор, имеется полевой МОП-транзистор Si2301 со стандартным низковольтным диодом Шоттки 1 В 20 А MBR120 и резистором 100 кОм (снова нужен стабилитрон 6 В?). Это разрешает поток только в том случае, если питание 5 В / USB отсутствует на сливе полевого МОП-транзистора. Если подключен USB или внешний источник питания 5 В, питание от батареи блокируется, и вместо этого USB / 5 В проходит через регулятор.

Защита от переполюсовки и КЗ зарядного устройства, блока питания своими руками

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Итог

Защита зарядных устройств от короткого замыкания

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Смотрите также

Метки: sam_электрик, защита от короткого замыкания, защита от переполюсовки, защита зарядного устроиства

Комментарии 57

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства

Блок защиты зарядных устройств — защита от короткого замыкания (электронные предохранители) — Источники питания

Схема защиты от переполюсовки и короткого замыкания – Поделки для авто

Простая защита от переполюсовки

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Схема защиты от переполюсовки:

Защита зарядного устройства и аккумуляторов от переполюсовки

(Слишком) простое решение

Собирать не советую

Предлагаю

Защита от обратного напряжения для зарядных устройств

Защита от обратной полярности: как защитить свои цепи, используя только диод

Что такое диод защиты от обратной полярности?

Плюсы и минусы

Защита от обратной полярности с помощью диода Шоттки

Заключение

CTEK Умные зарядные устройства делают безопасность приоритетом — smartercharger.com

Опасности обратной полярности

Приверженность CTEK безопасности

Защита автомобильной электроники от обратного подключения аккумуляторной батареи

Автор: Сива Уппулури, инженер по прикладным программам

Схемы потенциальной защиты:

Импульсное тестирование ISO:

Заключение:

Аналог планеты — защита от обратной полярности: какой метод подходит именно вам?

Защита от обратного тока / полярности батареи • Цепи

Почему бы не использовать простой диод?

Обратная защита с использованием N-канального МОП-транзистора

Обратная защита с использованием P-канального MOS-FET транзистора

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LM74610

MOSFET Выбор:

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LTC4359

Заключение

— Защита от обратного напряжения и перенапряжения цепи с питанием от USB / аккумулятора

Author: alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ