Бывают случаи, когда приходится подключать источник питания постоянного тока к тому или иному электронному устройству не через разъемы, а напрямую проводами. Если разъем питания изначально имеет строго определенную полярность, которую можно изменить только лишь перепаиванием проводов. То в случае подключения питания к нагрузке проводами с крокодилами или всевозможными зажимами легко можно случайно перепутать полярность подключения. И вместо минуса на схему подать плюс, а вместо плюса минус. Естественно, в большинстве случаев электронное устройство после такого неправильного подключения скорей всего выйдет из строя (если в нем изначально отсутствует защита).
Чтобы обезопасить свои электронные схемы, устройства, приборы от переполюсовки (перепутанной полярности питания) можно собрать простую схему защиты, которая представлена ниже на рисунке.
Схема защиты содержит всего один полевой МОП транзистор. Данный вариант схемы может работать с напряжением от 5 до 20 вольт. Данное ограничение по напряжению связано с особенностями характеристик полевых МОП транзисторов с изолированным затвором. А именно, как известно, подобные полевики имеют среднее пороговое напряжение своего открытия именно величину 4 вольта (напряжение, что прикладывается между затвором и истоком). Если напряжение меньше 4 вольт, то полевик будет закрыт. Если больше 4 вольт, полевик уже вполне способен через свой канал исток-сток проводить электрический ток. Следовательно, чтобы изначально при правильной полярности транзистор четко нам на своем выходе выдавал напряжение, минимальным рабочим напряжением мы будем считать 5 вольт.
Верхним пределом по напряжению для данной схемы можно считать величину 20 вольт. Поскольку именно такое напряжение считается пределом безопасного напряжения, прикладываемое к управляющим выводам транзистора. Если напряжение между затвором и истоком будет более 20 вольт, то уже появляется большая вероятность пробоя полевого транзистора и выхода его из строя. В таких случаях можно дополнить имеющуюся схему и увеличить предел максимального безопасного напряжения управления. Рисунок доработанной схемы представлен ниже.
Тут мы просто принудительно ограничиваем величину управляющего напряжения полевого транзистора обычным параметрическим стабилизатором, собранного на стабилитроне и резисторе. То есть, допустим мы стабилитрон в схеме поставим на 12 вольт. При этом, как мы знаем, при работе напряжение на стабилитроне не поднимется выше напряжения стабилизации. Все лишнее напряжение будет уже оседать на резисторе R1. Следовательно, если мы даже и превысим порог в 20 вольт, то с 12 вольтовым стабилитроном на управляющих выводах полевика всегда будет 12 вольт.
Ну, и теперь о том, как и почему полевой МОП транзистор позволяет нам сделать простую защиту от переполюсовки. Изначально (если на них не подается управляющее напряжение) такие полевые транзисторы закрыты. Через канал сток-исток ток не протекает, даже если на вход подается напряжение и на выходе есть нагрузка. Чтобы полевик открылся мы между его затвором и истоком должны приложить напряжение, величиной более 4 вольт. Как это условие выполнено, то на канале исток-сток резко уменьшается сопротивление. Причем у подобных полевых транзисторв оно может быть весьма маленьким. Допустим у транзистора IRFZ44 сопротивление открытого канала исток-сток равно 0,028 Ома. Следовательно, это нам позволяет пропускать относительно большие токи без особого нагрева детали. Максимальный ток этого полевика равен до 50 ампер. Максимальное рабочее напряжение может быть до 60 вольт постоянного тока (при условии использовании схемы со стабилитроном).
В схеме мы используем N-канальный транзистор. И это значит, что для открытия полевика мы должны на затвор подавать плюс, а на исток минус. Только при такой полярности транзистор сможет нормально открыться. Если же на N-канальный полевик подать напряжение противоположной полярности, то транзистор просто не откроется. Следовательно, через рабочий канал исток-сток ток не пройдет и нагрузка не включится. Как я чуть ранее упомянул, использование именно полевого МОП транзистора (имеющего очень маленькое сопротивление в открытом состоянии) позволяет практически без потерь осуществлять защиту от переполюсовки. И даже при больших токах, допустим при 10 амперах, данный транзистор не будет особо нагреваться, а это значит, что у схемы защиты высокий КПД.
В предлагаемой схеме защиты от неправильной, ошибочной полярности подключаемого источника питания использовать можно практически любой полевой МОП транзистор с изолированным затвором. Разве что при выборе обращайте внимание на максимальный ток и на минимальное сопротивление открытого канала исток-сток (должно быть как можно меньше). Транзистор IRFZ44 отлично подходит для наших задач, да и стоит он практически копейки.
Эту схему логично устанавливать в саму нагрузку, которую нужно защищать от случайной переполюсовки. Поскольку в противном случае, когда схему вы решите поставить со стороны источника питания, это устройство защиты вам будет бесполезно. Ведь, когда вы перепутаете плюс и минус, и это будет уже после схемы защиты, то потенциально защищаемая схема нагрузки окажется все равно под напряжением противоположной полярности. Следовательно, нагрузка все равно выйдет из строя. Так что будьте с этим повнимательней.
Некоторые начинающие могут подумать, что теоретически выводы исток и сток можно поменять местами (тем самым мы напряжение источника питания будем подавать на выход схемы, а его снимать для нагрузки со входа схемы). Да, полевой транзистор при этом также будет отрываться и проводить через себя ток. Но защитную функцию он потеряет. То есть, ток будет через него проходить при правильной полярности, через сам открытый канал исток-сток. Но ток будет проходить и при неправильной полярности. И это будет происходить через паразитный диод, который имеют все подобные полевые транзисторы. На схеме он нарисован внутри самого полевика. Так, что схема защиты от переполюсовки полностью работоспособна только лишь в том варианте, которые нарисован выше.
Другим моментов, о котором могут возразить новички, будет то, что для защиты от переполюсовки можно использовать всего один обычный диод. Да, это так. Но стоит учесть, что в любом случае при прямом подключении диода мы на нем будем иметь падение напряжения не менее 0,6 вольт. Следовательно, чем больше тока нагрузка будет потреблять, работая при малом напряжении, тем большие потери мы будем иметь. Большая часть электрической энергии будет тратится на нагрев диода. Полевой же транзистор имеет очень маленькое сопротивление открытого канала исток-сток. И тут потери будут минимальными. Так что я бы все же вам советовал использовать схему именно на полевике, для защиты своих электронных устройств от случайной переполюсовки.
Источник - https://electrohobby.ru/zash-ot-perepolus-na-polev-vnz.html
Сообщения
0 коммент.:
Отправить комментарий