Схема защиты от переполюсовки для зарядного устройства: Защита от переполюсовки и КЗ зарядного устройства, блока питания своими руками — Stoppanic

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 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.

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 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 ЗУ от переполюсовки аккумулятора. — Защита — Схемы разных устройств — Схемы

Схема 100% рабочая!!!

После того как один знакомый сжег своё зарядное устройство из-за неправильно подключённого аккумулятора, мне предстояло собрать схему защиты от подобных косяков. В интернете нашлось много разнообразных схем, но остановился я на этой:

Источником этой схемы является сайт РадиоКот. После сборки схема заработала без нареканий.

Скажу сразу, что эта схема защищает от КЗ и от переполюсовки аккумулятора. При нормальном режиме, напряжение через светодиод и резистор R4 отпирает Т1 и всё напряжение с входа поступает на выход. При коротком замыкании или переполюсовке, ток импульсно резко возрастает. Падение напряжения на переходе полевика и на шунте резко увеличивается, что приводит к открытию Т2, который в свою очередь шунтирует затвор и исток. Добавочное отрицательное напряжение по отношению к истоку (падение на шунте) прикрывает VT1. Далее происходит лавинный процесс закрытия VT1. Светодиод засвечивается через открытый VT2. Схема может находиться в данном состоянии сколь угодно долго, до устранения замыкания.

Почитав разные форумы и комментарии, решил попробовать немного доработать эту схему. В разных публикациях рекомендуют разные доработки, но в основном вот так:

Итак, рекомендуют добавить стабилитрон ZD1, резистор R5 и конденсатор C2.

Стабилитрон рекомендуется установить для защиты затвора от превышения максимально допустимого напряжения.

Резистор рекомендуется установить для лучшей защиты полевого транзистора, так как в таком виде транзистор будет всегда закрыт и будет открываться только при наличии положительного напряжения на плюсовой клемме.

Конденсатор рекомендуется установить для защиты схемы от ложного срабатывания.

По результатам моего “шаманства” над схемой могу сказать следующее:

1.Стабилитрон действительно нужен, особенно если данная защита будет использоваться в трансформаторных ЗУ или БП. Например, максимальное напряжение Вашего ЗУ 18 В, а максимальное напряжение затвора 20 В. Казалось бы все ОК!, но это не так. Так как в трансформаторах есть такое явление как самоиндукция, то из-за неё в момент отключения трансформатора от сети, на вторичных обмотках будет скачок напряжения, существенно превышающий действующее напряжение. Именно этот скачок может пробить Ваш полевик. Поэтому стабилитрон надо подобрать на несколько вольт меньше чем максимальное напряжение затвора используемого Вами полевого транзистора.

2.Резистор 5, как было сказано выше, держит полевика закрытым при отсутствии положительного напряжения на плюсовой клемме. Но если установить этот резистор, то светодиод всегда будет немного светится, а при срабатывании защиты засветится ярко. От сопротивления этого резистора будет зависеть яркость постоянного свечения светодиода.

3.Конденсатор С2 рекомендовали установить для того чтобы схема не срабатывала когда не надо. В моём случае всё получилось наоборот. После установки этого конденсатора, схема начала вести себя неадекватно: светодиод подсвечивался (значит транзистор Т2 приоткрывался), полевик начинал сильно греется (так как Т2 приоткрывался то Т1 призакрывался что вызывало увеличение сопротивления перехода).

После всех этих проделок, от R5 и С2 я отказался. Оставил только стабилитрон.

И так пройдёмся по некоторым деталям.

R1 – он же шунт. От сопротивления этого резистора зависит ток срабатывания защиты. Я использовал 10 параллельно соединённых резисторов 0,1 Ом 1 Вт. В итоге получился резистор общим сопротивлением 0,01 Ом и мощностью 10 Вт. Находил информацию, что при сопротивлении 0,1 Ом защита сработает на 4-х Амперах, при 0,05 Ом ток срабатывания – 7..8 А. Но этого сам не проверял. Можно также использовать готовый шунт от старого тестера.

Т1 — полевой транзистор. Его параметры зависят от ваших потребностей. Выбирать надо с запасом и по току, и по напряжению. Например, мне нужна была защита для использования в ЗУ с максимальным напряжением 22В и током 10 А. Выбран был транзистор STP30N05(30А, 50В, 0.045 Ω). После неких манипуляций он был удачно спален (температурный пробой). На замену пришел RFP70N06 (70А,60В, 0.014Ω). Можно применить любой из серии IRFZ44,46,48 или им подобные.

Транзистор	Максимальное напряжение С-И Вольт	Максимальный ток С-И Ампер	Максимальная Мощность Ватт	Сопротивление открытого канала Ом
IRF3205	55	110	200	0,008
STP75NF75	75	70	300	0,011
IRF1010E	60	81	170	0,012
SUB85N06	60	85	250	0,0052
SUP75N05(06)	55	75	158	0,007
IRFZ48N	55	64	140	0,016
BUZ100	50	60	250	0,018
IRL3705N	55	89	170	0,01
IRF2807	75	71	150	0,013
IRL2505	55	104	200	0,008

При выборе транзистора рекомендовал бы обращать внимание на сопротивление открытого канала. Чем оно меньше тем будет меньший нагрев транзистора. В даташите обозначается так R_DS(on) — Static Drain-to-Source On-Resistance

Также не забываем обращать внимание на максимальное напряжение затвора, в даташите оно обозначается так V_GS — Gate-to-Source Voltage.

При срабатывании защиты, полевой транзистор не нагревается. Но в нормальном режиме, через транзистор проходит не малый ток (в моем случае до 10 А), который и нагревает транзистора. По результатам испытаний оказалось что при прохождении тока до 4А транзистор без радиатора был еле тёплый. При прохождении тока больше 4А начинался нагрев полевика (). Даже если нагрев был такой что пальцами можно было удержатся, то через 3 часа зарядки аккумулятора током 6А транзистор нагревался очень сильно. Вывод однозначный – радиатор необходим (не большой, но надо).

Стабилитрон. С ним мы уже разобрались чуть выше. В моём случае максимальное напряжение затвора транзистора составляло 20 В. Стабилитрон я установил на 18 В.

Транзистор Т2. Не критичен и может быть установлен любой подходящий по параметрам. Например: BC 174, BC 182, BC 190, BC 546, 2SD767 и т. д.

Резистор R4. Встречал описание, в котором говорится, что если установить R4 — подстроечный номиналом 10кОм, то можно в узких пределах регулировать ток срабатывания защиты. Не знаю как там у них, но мне точная регулировка не была нужна. Но все равно решил попробовать. И зачем спрашивал я себя после этого. Как регулируется ток срабатывания я не увидел, но увидел, как красиво вылетает полевой транзистор, если установить сопротивление на R4 меньше 1кОм (случайно отвертка соскользнула). Очень не советую ставить этот резистор меньше 1кОм.

Диод D1. Также не критичен и может быть установлен практически любой. Я установил 1N4148. Встречал форумы, где говорят, что не видят смысла в установке этого диода, но я его не исключал из схемы. Я себе объясняю применение этого диода так: При подаче входного напряжения, на затворе Т1 присутствует положительное напряжение, которое накапливается на емкости затвора. Из-за этой ёмкости, даже после отключения питания, транзистор остается открытым некоторое время. Время, которое транзистор остается открытым зависит от емкости его затвора, чем больше ёмкость — тем дольше он открыт. Допустим, диод D1 отсутствует. Мы к включенному ЗУ подключаем аккумулятор со случайно перепутанной полярностью. Если по какой-то причине транзистор Т2 не откроется, то будет пшик, так как на момент подключения, транзистор Т1 останется открытым из-за накопленного положительного напряжения на затворе. А вот если б диод присутствовал, то напряжение с затвора через диод ушло б на минусовую клемму аккумулятора.

После сборки, готовую защиту хотел уже устанавливать в корпус ЗУ, но вдруг подумал: А что если защита сработает тогда, когда никого рядом не будет, или кто-то будет, но так что ЗУ не попадет в поле зрения и не увидит светящийся светодиод??? Решение – надо установить бузер. Бузер был применён на 12В 8мА. Изначально установил его параллельно светодиоду, но мне это не совсем понравилось, и я чуточку добавил деталей. Если защиту планируется вами применять в регулируемом БП или ЗУ с выходным напряжением от нуля, то бузер лучше установить на 5В. При этом последовательно с бузером необходимо подключить резистор, сопротивление которого надо будет подобрать.

После всего этого плата с защитой отправилась в ЗУ, где и до сих пор живёт-поживает. В результате, схема получилась вот такая:

И на конец несколько фото:

Срабатывание при КЗ.

Срабатывание при переполюсовке.

Просто плата.

Плата в корпусе ЗУ.

Плата в корпусе ЗУ. Ближе.

В архиве есть схема, эта статья и печатка. Скачать

Напоследок хотелось бы сказать что много кто пишет что эта схема не работает, работает неправильно или ещё что-то. У меня заработала и работает вполне нормально.

Всем удачи в повторении!!!

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.

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.

Устройство защиты от переполюсовки для зарядного устройства.

Простая схема защиты АКБ и зарядного устройства от переполюсовки

Захотел я собрать какой-нибудь зарядник для аккумуляторов. И самым первым, что я подумал собрать — это зашита от переполюсовки на реле. Приведённая ниже простая схема для защиты зарядного и АКБ под силам любому, даже начинающему радиолюбителю.

Но при поисках в интернете нужной схемы, не нашел ничего похожего. А до этого год назад видел. По памяти нарисовал схему и готов поделится с вами.

Это устройство нужно для защиты вашего аккумулятора и зарядки от поломки, не давая перепутать клеммы местами, сохранит вас от многих проблем.

Вот схема устройства от переполюсовки для зарядных устройств на реле.

Элементы:

R1 = 510
Rel2 = 12В (Любое на 12В 10-15А, снял с бывшего UPS для компьютера, можно с авто)

VD1-3= 1N4007 (или подобные).

Хотя VD3 не обязательно ставить, можно поставить перемычку вместо него. VD1 от самоиндукции катушки реле.

Работает устройство так. Когда у вы подключаете аккумулятор, оставшийся в нем заряд проходит через реле и замыкает контакты, тем самым подавая ток от зарядника на аккумулятор.

Если же вы подключите не правильно провода на аккумулятор, то VD2 не даст пройти электричеству не реле и зарядка не начнется. А вместо зарядки загорится светодиод, сигнализируя о том, что не правильно подключена зарядка.

Вот устройство защиты от переполюсовки для зарядного устройства на печатной плате.

Печатка устройства защиты от переполюсовки для зарядного устройства.

Вы можете по этой ссылке скачать печатку Sprint-Layout 5.0 устройства защиты от переполюсовки для зарядного устройства

Источник:malmon.ru

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Ремонт зарядного устройства мобильного телефона своими руками

В статье рассказывается о типовой неисправности зарядных устройств мобильных телефонов. Приведена схема одного из таких блоков, составленная по «живому» образцу, даются рекомендации по изменению выходных параметров и применению отремонтированного блока в радиолюбительской практике. Подробнее…

Зарядное устройство с автоматическим отключением от сети

Ещё одна схема зарядного устройства очень похожа на предыдущую, но отличается способом отключения при окончании зарядки. Пуск зарядного устройства производится нажатием кнопки «пуск» на лицевой панели, при этом на схему подаётся питающее напряжение, реле К1 срабатывает и обеспечивает «самоподхват». Подробнее…

Схема зарядного устройства для аккумуляторов 3,7В

Следующее зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов построено с использованием компаратора, который отключает зарядный ток при достижении заданного напряжения.

Заряд производится стабильным током, не зависящим от степени зарядки аккумулятора и напряжения в сети. Данная схема простая и имеет свои преимущества и недостатки, которые мы обсуждали в предыдущих статьях.

Подробнее…

Популярность: 19 183 просм.

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, так как батарея должна потреблять ток при зарядке и источник тока в противном случае.

Другой подход заключается в использовании одной 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) усиливает полевой МОП-транзистор, 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 уровне 2 В со стоком полевого МОП-транзистора на уровне 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 к 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 на затворе не должно сильно падать 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, чтобы опустить затвор 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 в дополнительных компонентах и то, что делитель R3 / R4 создает небольшую, но постоянную нагрузку на батарею.

Большинство этих компонентов крошечные. MP1 и Q1 не являются устройствами питания 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 малым проходом, однако, является то, что дополнительный импеданс, включенный последовательно с зарядным устройством батареи, 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 заряда 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 получит шанс потянуть 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%, когда напряжение увеличивается с 0 В до номинального напряжения.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 с использованием транзистора 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 находится 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 вообще на нагрузку. Рисунок 8 иллюстрирует это более наглядно.

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, она имеет 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 включено 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 выключать 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 номинальное значение VDS всегда превышает номинальное значение VGS для полевых МОП-транзисторов. Можно найти транзисторы с допуском VGS 30 В и допуском VDS 40 В, которые подходят для свинцово-кислотных приложений. 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 перекачку затвора 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?

Он, конечно, 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 на диоде падает типичное значение ~ 0,6 В. Это может составлять значительную часть напряжения питания, а при уменьшении напряжения батареи устройство может преждевременно перестать работать.
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 применении 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).

Защита от обратного смещения / обратной полярности нижней стороны

Обратное смещение — все более распространенное событие сбоя, которое может быть вызвано ошибкой пользователя, неправильно установленными аккумуляторами, автомобильной средой, ошибочными подключениями к зарядным устройствам сторонних производителей, отрицательными переходными процессами «горячего подключения», индуктивными переходными процессами и доступными USB-зарядными устройствами с отрицательным смещением. .
Fairchild circuit protection с гордостью предлагает новый тип устройств защиты от обратного смещения. Устройства FR представляют собой последовательные переключатели с низким сопротивлением, которые в случае возникновения обратного смещения отключают питание и блокируют отрицательное напряжение для защиты цепей ниже по потоку.
Устройства FR оптимизированы для применения, предлагая лучшую в своем классе защиту от обратного смещения и возможности по напряжению при минимальных размерах, падении последовательного напряжения и нормальном рабочем энергопотреблении.
В случае применения обратного смещения устройства FR015L3EZ эффективно обеспечивают блокировку полного напряжения и могут легко защитить -0.Кремний с номинальным напряжением 3 В.
С точки зрения мощности, при нормальном смещении устройство FR 15 мОм в приложении 0,1 А будет генерировать только 1,5 мВ падения напряжения или 0,15 мВт потери мощности. При обратном смещении устройства FR рассеивают менее 10 мкВт при обратном смещении 3 В. Такое исполнение невозможно с диодным решением.
Преимущества выходят за рамки устройства. Из-за низкой рассеиваемой мощности устройство не только мало, но и минимизируются требования к теплоотводу и его стоимость.

Возможности

Защита от обратного смещения до -20 В
Время отклика на блокировку обратного смещения в нано-секундах
+12 В, 24-часовая «выдерживаемость»
Типичное последовательное сопротивление 15 мОм при 3.0В
Типичное последовательное сопротивление 18 мОм при 2,1 В
Встроенная система подавления перенапряжения TVS
MicorFET2x2mm Размер корпуса

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве? Узнай здесь!

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве?

Чтобы сэкономить деньги и продлить срок службы аккумулятора, вы можете положиться на надежное зарядное устройство.Однако во время зарядки вы можете перепутать кабели и вместо этого расположить неправильные кабели на неподходящих клеммах. Это может привести к нарушению полярности.

Прежде чем мы ответим на вопрос «Что означает обратная полярность в зарядном устройстве для аккумуляторов», нам необходимо определить обратную полярность и изучить ее взаимосвязь с зарядным устройством.

Что такое полярность?

Полярность — это состояние системы, когда она проявляет противоположные физические свойства в разных точках, например электрические и магнитные свойства.Этот термин обычно используется в магнетизме, электричестве и в электронной сигнализации.

Во время образования электрического тока между двумя полюсами или точками один из полюсов имеет большее количество электронов, а второй — меньше.

Первый полюс с большим количеством электронов будет иметь отрицательную полярность, тогда как второй полюс с меньшим количеством электронов будет иметь положительную полярность.

Электрический ток возникает, когда вы соединяете оба полюса проводом, например, медным проводом.Электроны будут течь от отрицательной клеммы к положительной.

Это вызывает электрический ток, который течет в противоположном направлении от положительной клеммы к отрицательной.

Красный кабель используется для положительного подключения, а черный кабель — для отрицательного.

Батарея обратной полярности

Обратная полярность может возникнуть при неправильном подключении клемм и кабелей. При изменении полярности ток течет в неправильном направлении.В этой ситуации прикосновение к устройству может привести к поражению электрическим током или повреждению устройства.

Итак, что означает обратная полярность в зарядном устройстве?

При зарядке аккумулятора мы можем случайно перепутать кабели и подключить их к неправильным клеммам. Это называется обратной полярностью. Переключение полюсов происходит, когда отрицательный кабель соединяется с положительным, а положительный — с отрицательным. Когда это произойдет, это может привести к повреждению аккумулятора и других связанных с ним электрических компонентов.

Влияние обратной полярности на батарею

Обратная полярность имеет следующие эффекты:

1. Повреждение аккумулятора

Если вы случайно подсоедините не те кабели к клеммам, это изменит полярность батареи и может разрядить батарею.

Кроме того, полностью разряженный автомобильный аккумулятор может считаться пустым сосудом. На этом этапе полярность автомобильного аккумулятора МОЖЕТ быть изменена путем подключения кабелей к неправильным клеммам.Известно, что в некоторых случаях батареи могут годами оставаться в таком состоянии.

Однако, когда это происходит, может возникнуть опасность. Любой дополнительный нагрев, вызванный процессом обратной полярности, может привести к выделению из батареи газообразного водорода. В редких случаях это может привести к взрыву аккумулятора. Это приведет к выбросу кислоты и расплавленного пластика из аккумулятора, что может привести к серьезным травмам, поэтому этого следует избегать любой ценой.

2. Повреждение зарядного устройства

Неправильное подключение кабелей влияет на рабочие системы аккумулятора и зарядного устройства.Основное явление, стоящее за этим, заключается в том, что при изменении полярности клемм может возвращаться неправильная полярность обратно в зарядное устройство. Это приведет к необратимому повреждению зарядного устройства.

Однако в некоторых случаях зарядное устройство может быть повреждено лишь частично. Тогда он будет заряжаться медленнее.

3. Электрические компоненты и обратная полярность

Обратная полярность может также повредить электрические провода, детали и / или электронные компоненты транспортного средства, в котором находится аккумулятор.

Возможно, наиболее серьезным повреждением подвергается генератор переменного тока, замена которого может быть дорогостоящей. Если повезет, предохранители в автомобиле перегорят прежде, чем обратный ток достигнет других компонентов.

В противном случае замена ЭБУ также была бы дорогостоящей, хотя развлекательная система и навигационная система могли бы стоить дороже. Кроме того, не исключено, что компьютер тела и другие предметы также могут быть повреждены.

Интересно, что любые часы (аналоговые) или двигатель могут ненадолго работать в обратном направлении, прежде чем они уступят место неизбежному.

Однако это может быть преувеличением, так как большинство современных транспортных средств теперь имеют защиту от обратной полярности на своих электронных модулях. Так что, возможно, ничего не произойдет, кроме, может быть, перегоревшего предохранителя.

Но вы действительно хотите рискнуть?

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве — Вердикт

Мы никоим образом не рекомендуем менять полярность батареи. Он рискует получить серьезную травму из-за набитого кислотой лица — неприятно. ВСЕГДА надевайте защитные очки при трогании с места или при работе с аккумуляторными батареями автомобиля.

Главный ингредиент, необходимый для ошибки при неправильном подключении зарядного устройства к аккумулятору или аккумулятора к транспортному средству, — это ВЫ.

Поэтому, кроме страховочного снаряжения, рекомендуем внимательно проверять правильность сборки. Тогда проверьте еще раз. И, наконец, проверьте еще раз.

Тогда и только тогда вы должны быть готовы продолжить.

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 из-за механической конструкции клемм аккумуляторных батарей разного размера или использования 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 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 его 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 блока управления двигателем и подключение затвора таким образом, 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 рис. 2 показано, как SBR вставляется в источник питания высокого напряжения ЭБУ, почти 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 испытание 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 ограничением энергии.Следовательно, если устройство имеет адекватную лавинную стойкость, оно может выжить в таких ситуациях.

Важно выбрать защитное устройство 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 диодов SBR30A60CTBQ )

На рисунке 5 сравнивается лавинная способность 10А 45В 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 разряженная батарея отключается, пока генератор заряжает ее.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 аккумулятора 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.

Загрузить статью в формате PDF

Вернуться к оглавлению

Защита от обратного зарядного устройства | Максим Интегрированный

Аннотация: Комбинация линейного режима одноэлементного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов (MAX1551) с компаратором (MAX9001) и n-канальным полевым транзистором добавляет уровень защиты от обратного заряда аккумулятора, который защищает одноячеечное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов и аккумулятор от повреждение из-за вставки назад.

Аналогичная версия этой статьи появилась в номере журнала PET от 1 марта 2007 года.
Во многих приложениях с батарейным питанием используются диоды для обратной защиты батарей. Однако диод не всегда защищает зарядное устройство, если аккумулятор вставлен неправильно. Иногда, когда аккумулятор вставляется задом наперед, это может вызвать протекание большого количества тока через схему зарядки, что может привести к разрушению как аккумулятора, так и зарядного устройства. Многие конструкции зарядных устройств полагаются на механические средства, которые позволяют вставлять батарею или вилку питания только в одном направлении.Батареи сотовых телефонов имеют механическую форму, поэтому их можно вставлять в правильной ориентации. Даже шнур зарядного устройства имеет механическую форму, позволяющую вставлять его в одном направлении.
Простая схема в , рис. 1 добавляет еще один уровень защиты батареи от обратной полярности и защищает одноэлементное зарядное устройство для литий-ионной батареи и батарею от повреждений из-за обратной вставки. В схеме одноэлементное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с линейным режимом MAX1551 подает зарядный ток на элемент либо от адаптера переменного тока, либо от источника питания USB.Во время нормальной работы на выходе MAX9001 высокий уровень, а полевой транзистор включен. Когда аккумулятор вставляется задом наперед, на выходе MAX9001 становится низкий уровень, и полевой транзистор выключается, тем самым блокируя прохождение тока. Быстрое переключение полевого транзистора удерживает выброс тока на уровне менее 50 мА, и этот выброс длится менее 200 нс, прежде чем затухать, как показано на нижней кривой осциллографа (, рис. 2, ).

Рис. 1. Схема простого обратного предохранителя зарядного устройства.

Рисунок 2.Верхняя кривая моделирует установку батареи, а нижняя кривая — ток, измеренный с помощью токового пробника Tektronix®.
Когда элемент вставляется в обратном направлении, потенциал на инвертирующем выводе MAX9001 увеличивается за пределы напряжения питания. Резистор R1 ограничивает величину тока перенапряжения, протекающего через встроенный диод электростатического разряда (ESD). Можно выбрать резистор большего номинала, чтобы ограничить обратный ток утечки батареи через диоды ESD, но компромисс — более медленная работа и большие переходные процессы.В используемой испытательной схеме V _CC = + 5 В и R1 = R2 = 50 кОм. Полевой транзистор нижнего уровня позволяет схеме этого типа работать с многоэлементными батареями, пока входы компаратора находятся в пределах абсолютных значений компаратора. Подключение батареи в обратном направлении без внешней защиты приведет к выходу MAX1551 из строя из-за сильного скачка тока.
©, Maxim Integrated Products, Inc.
Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран.Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4572:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 4572, г. AN4572, AN 4572, APP4572, Appnote4572, Appnote 4572
maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web: en / products / power / battery-management, maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / battery-management / аккумуляторы-мониторы-протекторы-селекторы
maxim_web: en / products / analog / amps, maxim_web: en / products / power / battery-management, maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / battery-management / аккумуляторы-мониторы-протекторы-селекторы
Руководство по проектированию
— PMOS MOSFET для схемы защиты от обратной полярности
Если источник питания в цепи перевернут, например, подключите положительный провод к земле, а отрицательный провод к Vcc схемы.Могут произойти две плохие вещи: либо схема, которую мы разработали, может сгореть вместе со всеми дорогостоящими компонентами в ней, либо сам источник питания может выйти из строя. Все становится еще опаснее, если схема питается от батареи. Изменение полярности батареи — худшее, что может произойти в цепи, потому что это не только повредит цепь, но также может вызвать дым и пожар, что делает ее потенциальной угрозой.
Но возможна человеческая ошибка, и поэтому разработчик несет ответственность за то, чтобы его схема могла безопасно обрабатывать условия обратной полярности.Вот почему почти все схемы имеют дополнительную схему безопасности на входной стороне, называемую схемой защиты от обратной полярности . В этой статье мы обсудим схему MOSFET защиты от обратной полярности , которая очень эффективна для защиты схемы от повреждений, связанных с обратной полярностью. Схема также может действовать как схема защиты полярности батареи , , поэтому то же руководство по проектированию можно использовать для защиты ваших цепей, даже если она питается от внешнего адаптера постоянного тока или батареи.

Защита цепей от обратной полярности
Есть несколько вариантов защиты цепи от обратной полярности. В большинстве случаев устройства с батарейным питанием используют специальные типы батарейных разъемов, которые не позволяют подключать батарейный разъем в обратном порядке. Это механически возможная защита аккумулятора от обратной полярности. Другой вариант — использовать диод Шоттки в шине питания, но это наиболее неэффективный способ защиты цепи от обратной полярности.
Использование диода Шоттки для защиты от полярности и его недостатки
На изображении ниже диод Шоттки используется последовательно с шиной питания, которая будет смещена в обратном направлении при обратной полярности и отключит цепь. Мы также ранее обсуждали это в разделе «Применение диодов» в предыдущей статье.
Левое изображение соответствует правильному соединению полярности, а правое изображение — состоянию обратной полярности.При подключении с обратной полярностью диод Шоттки блокирует прохождение тока.
Но схема выше неэффективна из-за постоянного протекания тока нагрузки через диод Шоттки. Кроме того, напряжение на выходе диода Шоттки меньше входного напряжения из-за прямого падения напряжения на диоде. Таким образом, используя описанный выше метод, он защитит схему от защиты от обратной полярности, но не эффективно.
Надлежащий способ сделать схему защиты от обратной полярности — использовать простой МОП-транзистор с МОП-транзистором или МОП-транзистор с МОП-транзистором.Рекомендуется использовать PMOS, потому что PMOS отключает положительные шины, и в цепи не будет никакого напряжения, а вероятность вредных последствий меньше, если схема работает при высоких напряжениях постоянного тока.
PMOS MOSFET для защиты от обратного напряжения
Полевой транзистор (FET) — это тип транзистора, который использует электрическое поле для управления прохождением тока через него. Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами: исток, затвор и сток.Полевые транзисторы управляют протеканием тока путем приложения напряжения к затвору, которое, в свою очередь, изменяет проводимость между стоком и истоком. Это основная вещь, которая используется в P-MOSFET в качестве переключателя защиты от обратной полярности.

На рисунке ниже показана схема защиты от обратной полярности PMOS .
PMOS используется как выключатель питания, который подключает или отключает нагрузку от источника питания. Во время правильного подключения источника питания MOSFET включается из-за правильного VGS (напряжения затвора в источник).Но в ситуации обратной полярности напряжение затвора в источник слишком низкое, чтобы включить полевой МОП-транзистор, и нагрузка отключается от входного источника питания.
Резистор 100R представляет собой затворный резистор MOSFET , подключенный к стабилитрону. Стабилитрон защищает затвор от перенапряжения.
Фактическое моделирование в Orcad PSPICE
Вышеупомянутая схема имеет все необходимые компоненты для защиты от обратной полярности.V1 — это источник с идеальной полярностью. МОП-транзистор с каналом P смещается от резистора 100R и стабилитрона 6,8 В 1N4099. Нагрузка — резистор 10R.
Моделирование показывает, что схема работает правильно при правильной полярности источника питания. Стабилитрон защищает затвор от перенапряжения, и нагрузка достигает 1,3 А при 13,9 В.
На изображении выше источник перевернут. Нагрузка полностью отключена, и схема действует как предохранитель от обратной полярности.Вы также можете посмотреть видео ниже, в котором объясняется работа схемы с симуляцией:

Выбор MOSFET для защиты от обратной полярности
Рекомендуется использовать PMOS вместо NMOS. Это связано с тем, что PMOS используется в положительной шине цепи, а не в отрицательной шине. Следовательно, PMOS отключает положительные шины, и в цепи не будет положительного напряжения. Но NMOS используется в отрицательных шинах, поэтому отключение отрицательной шины не приводит к отключению цепи от положительной шины аккумулятора.Следовательно, в случае высокого напряжения постоянного тока отсоединение положительной шины намного безопаснее, чем отсоединение отрицательной шины, и вероятность возникновения вредных последствий, таких как короткое замыкание, поражение электрическим током и т. Д., Меньше.
Выбор компонентов — важная часть этой схемы. Основным компонентом является полевой МОП-транзистор с каналом P.
МОП-транзистор имеет следующие характеристики, которые имеют решающее значение для схемы.
Сопротивление дренажного источника (RDS)
Ток утечки
Напряжение сток к источнику
Сопротивление дренажному источнику (RDS):
RDS — сопротивление сток к источнику.Используйте очень низкое RDS (сопротивление от стока к источнику) для низкого тепловыделения и очень низкого падения напряжения на выходе. Более высокое значение RDS приведет к более высокому тепловыделению.
Ток утечки:
Это максимальный ток, который проходит через полевой МОП-транзистор. Поэтому, если для цепи нагрузки требуется ток 2 А, выберите полевой МОП-транзистор, который выдержит этот ток. В таком случае хорошим выбором будет Mosfet с током стока 3А. Выберите этот параметр больше, чем необходимо на самом деле.
Напряжение сток-источник:
Напряжение сток-исток полевого МОП-транзистора должно быть выше, чем напряжение в цепи. Если для схемы требуется максимум 30 В, для безопасной работы требуется полевой МОП-транзистор с напряжением сток-исток 50 В. Всегда выбирайте этот параметр больше фактического требуемого.
При обратной полярности полевой МОП-транзистор будет отключен из-за недостаточного напряжения Vgs, и это не повлияет на цепь нагрузки, а также на полевой МОП-транзистор.Вышеуказанные параметры необходимы при нормальных условиях и требуют тщательного выбора.
Выбор напряжения стабилитрона:
Каждый полевой МОП-транзистор имеет Vgs (напряжение затвор-исток). Если напряжение затвор-исток превышает максимальное значение, это может повредить затвор полевого МОП-транзистора. Поэтому выбирайте напряжение стабилитрона, которое не будет превышать напряжение затвора полевого МОП-транзистора. Для напряжения Vgs 10 В будет достаточно стабилитрона 9,1 В. Убедитесь, что напряжение затвора не должно превышать максимальное номинальное напряжение.
100R Резистор в цепи:
Значение резистора должно быть выбрано таким образом, чтобы оно не было достаточно высоким, чтобы не перегревать стабилитрон, но достаточно низким, чтобы обеспечить адекватный ток смещения стабилитрона и быстро разрядить затвор, если напряжение питания внезапно изменится на противоположное. Следовательно, здесь есть компромисс между временем разряда затвора и смещением стабилитрона. В большинстве случаев подойдет 100R-330R, если есть вероятность появления внезапного обратного напряжения в цепи.Но если нет вероятности внезапного обратного напряжения во время непрерывной работы схемы, можно использовать любое сопротивление резистора от 1 кОм до 50 кОм.
Номер детали Предложение:
Самые популярные полевые МОП-транзисторы, которые используются для широкого диапазона схем, связанных с защитой от обратной полярности.
IRF9530
IRF 9540
Si2323 (Низковольтные операции с низким током)
ILRML6401 (низковольтные и слаботочные операции)
Недостатки схемы защиты от обратной полярности полевого МОП-транзистора
Основным недостатком этой схемы является рассеивание мощности через полевой МОП-транзистор.Однако эту проблему можно решить, используя полевой МОП-транзистор с каналом P, сопротивление которого измеряется в миллиомах.