- Protecció contra polaritat inversa mitjançant díode
- Protecció contra polaritat inversa mitjançant MOSFET de canal P.
- Material requerit
- Esquema de connexions
- Funcionament del circuit de protecció contra polaritat inversa mitjançant MOSFET de canal P
Les bateries són la font d’alimentació més convenient per subministrar tensió a un circuit electrònic. Hi ha moltes altres maneres d’encendre dispositius electrònics, com ara adaptadors, cèl·lules solars, etc., però la font d’alimentació de corrent continu més comuna és la bateria. En general, tots els dispositius inclouen un circuit de protecció contra la polaritat inversa, però si teniu algun dispositiu que funciona amb bateria que no tingui protecció contra la polaritat inversa, sempre heu de tenir precaució mentre canvieu la bateria, en cas contrari, pot explotar el dispositiu.
Per tant, en aquesta situació, el circuit de protecció contra la polaritat inversa seria un complement útil al circuit. Hi ha alguns mètodes senzills per protegir el circuit de la connexió de polaritat inversa, com ara l'ús d'un díode o un pont de díodes o l'ús de MOSFET de canal P com a commutador del costat HIGH.
Protecció contra polaritat inversa mitjançant díode
L’ús d’un díode és el mètode més senzill i econòmic per a la protecció contra la polaritat inversa, però té un problema de fuita d’ energia. Quan la tensió d'alimentació d'entrada és alta, pot ser que tingui una petita caiguda de tensió, especialment quan el corrent és baix. Però en el cas del sistema operatiu de baixa tensió, fins i tot una petita quantitat de caiguda de tensió és inacceptable.
Com sabem, la caiguda de tensió d’un díode d’ús general és de 0,7 V, de manera que podem limitar aquesta caiguda de tensió mitjançant el díode Schottky perquè la seva caiguda de voltatge és d’uns 0,3 V a 0,4 V i també pot suportar càrregues de corrent elevades. Tingueu en compte en triar un díode Schottky, ja que molts díodes Schottky inclouen fuites de corrent inverses elevades, així que assegureu-vos que en triarà un de baix (de menys de 100uA).
A 4 amperes, la pèrdua de potència per un díode Schottky al circuit serà:
4 x 0,4 W = 1,6 W
I en díodes ordinaris:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Fins i tot podeu utilitzar un rectificador de pont complet per protegir la polaritat inversa, ja que és independentment de la polaritat. Però el rectificador de pont consta de quatre díodes, per tant, la quantitat de residus d'energia serà el doble de la de residus d'energia del circuit anterior amb un únic díode.
Protecció contra polaritat inversa mitjançant MOSFET de canal P.
L’ús d’un MOSFET de canal P per a la protecció contra la polaritat inversa és més fiable que altres mètodes, a causa de la baixa caiguda de tensió i l’alta capacitat de corrent. El circuit consta d’un MOSFET de canal P, un díode Zener i una resistència desplegable. Si la tensió d'alimentació és inferior a la tensió de porta a font (Vgs) del MOSFET de canal P, només necessiteu el MOSFET sense díode ni resistència. Només heu de connectar el terminal de la porta del MOSFET a terra.
Ara, si la tensió d'alimentació és superior a la Vgs, haureu de deixar caure la tensió entre el terminal de la porta i la font. A continuació s’esmenten els components necessaris per fabricar el maquinari del circuit.
Material requerit
- FQP47P06 MOSFET de canal P.
- Resistència (100 k)
- Diodo Zener de 9,1V
- Taula de pa
- Connexió de cables
Esquema de connexions
Funcionament del circuit de protecció contra polaritat inversa mitjançant MOSFET de canal P
Ara, quan connecteu la bateria segons el diagrama del circuit, amb la polaritat correcta, fa que el transistor s’encengui i permeti que el corrent hi circuli. Si la bateria està connectada cap enrere o en polaritat inversa, el transistor s'apaga i el circuit queda protegit.
Aquest circuit de protecció és més eficient que altres. Analitzem el circuit quan es connecta correctament la bateria, el MOSFET de canal P s’encendrà perquè el voltatge entre la porta i la font és negatiu. La fórmula per trobar el voltatge entre la porta i la font és:
Vgs = (Vg - Vs)
Quan la bateria no està connectada incorrectament, el voltatge al terminal de la porta serà positiu i sabem que el MOSFET de canal P només s’activa quan la tensió del terminal de la porta és negativa (mínim -2,0 V per a aquest MOSFET o menys). Així, sempre que la bateria estigui connectada en sentit invers, el circuit estarà protegit pel MOSFET.
Ara, parlem de la pèrdua d’alimentació del circuit, quan el transistor està ACTIVAT, la resistència entre el drenatge i la font és gairebé insignificant, però per ser més precisos podeu consultar el full de dades del MOSFET de canal P. Per a MOSFET de canal P FQP47P06, la resistència a la font de drenatge estàtic (R DS (ON)) és de 0,026Ω (màx.). Per tant, podem calcular la pèrdua de potència del circuit com a continuació:
Pèrdua de potència = I 2 R
Suposem que el flux de corrent a través del transistor és 1A. Així doncs, la pèrdua d’energia serà
Pèrdua de potència = I 2 R = (1A) 2 * 0,026Ω = 0,026W
Per tant, la pèrdua de potència és aproximadament 27 vegades menor que el circuit que utilitza un díode únic. Per això, utilitzar un MOSFET de canal P per a la protecció contra la polaritat inversa és molt millor que altres mètodes. És una mica més car que el díode, però fa que el circuit de protecció sigui molt més segur i eficient.
També hem utilitzat un díode Zener i una resistència al circuit per a la protecció contra la sobrecàrrega de la tensió de la font. Afegint la resistència i el díode Zener de 9,1 V, podem fixar la tensió de la font de la porta fins a un màxim de 9,1 V negatiu, de manera que el transistor es manté segur.