Меню

Защита лабораторного блока питания от переполюсовки

Защита лабораторного блока питания от переполюсовки

Питающее напряжение обратной полярности представляет угрозу для незащищенных электронных устройств. Такая ситуация может возникать как из-за неверной установки батареек, так и из-за переполюсовки клемм источника питания. Чтобы избежать подобных проблем используют разъемы с ключами, которые не позволяют выполнить неправильное подключение. К сожалению, такое решение не всегда возможно. Часто в силовых схемах применяют винтовые разъемы, кольцевые или ножевые клеммы. В качестве примера можно привести подключение аккумуляторной батареи в автомобиле. При смене аккумулятора вполне реально перепутать клеммы, что приводит к тому, что на вход питания электронных блоков поступает напряжение обратной полярности.

Почему переполюсовка питания становится все более серьезной проблемой?

Несколько десятилетий назад в автомобилях практически отсутствовали электронные блоки, за исключением, пожалуй, радио. Даже приборная панель со спидометром представляла собой электромеханическую систему. Очевидно, что в таких условиях ущерб от обратной полярности при переполюсовке аккумулятора был минимальным. Однако в современных машинах все обстоит совсем иначе. На борту у автомобиля присутствует множество электронных систем и блоков: современные системы содействия водителю ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), резервные камеры, навигационные системы, антиблокировочные системы ABS, системы защиты от заносов, мультимедийные системы, GPS, беспроводная связь и внутренние сети, включая Ethernet. Многие другие приложения за пределами автомобильной отрасли в последнее время также «обросли» электронными устройствами и функциями.

При переполюсовке аккумулятора или при переходных процессах во время коммутации индуктивной нагрузки на линиях питания возникают напряжения обратной полярности, способные приводить к серьезным сбоям и повреждениям электронных систем и блоков. Обратная полярность при неверном включении аккумулятора опасна еще и тем, что аккумулятор в течение некоторого времени способен без проблем выдавать ток до нескольких сотен ампер.

Как проще всего защититься от переполюсовки?

Самым простым способом защиты будет использование обычного диода, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 1). Диод позволяет протекать только прямому току и блокирует обратный ток, тем самым защищая от неправильной полярности входного напряжения питания.

Для защиты от обратного напряжения может быть использован обычный диод

Рис. 1. Для защиты от обратного напряжения может быть использован обычный диод. Однако это решение имеет недостатки: дополнительные потери мощности, падение напряжения, значительные размеры (при больших токах)

Каковы недостатки диодной защиты?

При использовании защитного диода разработчик может столкнуться с целым рядом сложностей:

  • Во-первых, диод должен обеспечивать не только постоянное, но и пиковое значение нагрузочного тока. Пиковый суммарный ток всех потребителей автомобиля может легко достигать нескольких сотен ампер. Таким образом, для защиты от переполюсовки на системном уровне необходим большой и дорогостоящий диод с массивными контактами. В качестве альтернативного решения могут использоваться индивидуальные диоды на входе каждого электронного блока, но для некоторых блоков нагрузочный ток также оказывается весьма солидным.
  • Во-вторых, диод должен быть надежным и сохранять эффективность в широком диапазоне рабочих температур (особенно, если он находится под капотом). Он также должен выдерживать воздействие различных кондуктивных помех в соответствии с требованиями автомобильных стандартов.
  • В-третьих, диод приводит к возникновению дополнительного падения напряжения 0,3…0,7 В (в зависимости от типа диода). Это достаточно много, если учитывать, что номинальное напряжение бортовой сети автотранспортных средств невелико. Например, для легкового автомобиля номинальное напряжение составляет всего 12 В.
  • Наконец, даже если сопротивление диода оказывается небольшим, на нем рассеивается огромная мощность, что приводит к значительному разогреву. По этой причине нормальная работа диода возможна только при организации эффективного отвода тепла.

Существуют ли более эффективные решения?

К счастью, производители электронных компонентов предлагают альтернативные решения, которые демонстрируют более высокую эффективность. «Умный диод» – это активное устройство, которое обеспечивает те же функции, что и обычный диод, но не имеет перечисленных выше недостатков. Например, интегральный контроллер LM74610-Q1 от Texas Instruments использует схему накачки заряда для управления внешним силовым транзистором (рис. 2). LM74610-Q1 подключается к линии питания с помощью пары выводов «Anode» и «Cathode».

Читайте также:  Надежный блок питания для компьютера 2020

Контроллер LM74610-Q1 совместно с силовым транзистором выполняют функцию «идеального диода», обеспечивая высокое быстродействие и минимальные потери.

Рис. 2. Контроллер LM74610-Q1 совместно с силовым транзистором выполняют функцию «идеального диода», обеспечивая высокое быстродействие и минимальные потери. Микросхема LM74610-Q1 предназначена для монтажа на печатные платы потребителей различной мощности.

Как это работает?

Контроллер LM74610 управляет внешним МОП-транзистором, который в свою очередь выполняет коммутацию тока, тем самым имитируя работу диода. При правильной полярности входного напряжения транзистор открывается и пропускает ток. Благодаря низкому сопротивлению открытого канала уровень рассеиваемой мощности оказывается минимальным. Если на вход схемы поступает напряжение обратной полярности, LM74610-Q1 выключает транзистор менее чем за 8 мкс. Высокое быстродействие играет важную роль для защиты от импульсных помех, возникающих при коммутации индуктивной нагрузки. Контроллер способен выдерживать обратное напряжение до 45 В. Этого оказывается достаточно для широкого спектра автомобильных приложений. Большим преимуществом LM74610-Q1 является тот факт, что микросхема отвязана от земли и обеспечивает нулевой ток собственного потребления (Iq).

Где следует размещать схему защиты?

Контроллер LM74610-Q1 выпускается в малогабаритном корпусном исполнении VSSOP-8 размером всего 3×5 мм. В результате, несмотря на наличие внешнего силового транзистора, схема защиты занимает очень мало места на печатной плате. Это позволяет размещать ее в каждом отдельном электронном блоке, вместо того, чтобы делать один общий защитный модуль. Такое решение оказывается более удобным и надежным.

Источник



Защита от переполюсовки зарядного устройства

Дата: 23.10.2015 // 0 Комментариев

Схема защиты зарядного устройства

Защита от переполюсовки зарядного устройства вещь очень полезная, а иногда и необходимая. Случайно неправильно подключенная автомобильная АКБ может напрочь угробить зарядное или АКБ. Для защиты от «дурака» на практике применяют основные три вида защиты: схемы на тиристоре, простая защита с помощью реле и схема от переполюсовки на полевом транзисторе.

Защита от переполюсовки зарядного устройства на реле или тиристоре имеют свои недостатки. Схемы на тиристоре довольно практичные и простые, но имеют потери напряжения на самом тиристоре около 2В, а в некоторых автомобильных зарядных при использовании такой схемы уже нечем будет заряжать АКБ. Защита от переполюсовки на реле имеет инертность, что тоже не всегда хорошо, а полностью разряженная батарея может не запустить реле. При сборке зарядного устройства из блока питания компьютера рационально применять схему на полевике.

Схема защиты зарядного устройства

Рассмотрим поближе схему защиты от переполюсовки на полевом транзисторе. Потери напряжения на полевом транзисторе минимальные, а время срабатывания не более 1мкСек.

Схема защиты зарядного устройства

Работает схема вот таким образом. При правильном подключении полевой транзистор открыт, и весь ток поступает на выход схемы. При коротком замыкании, перегрузке, или переполюсовке падение напряжения на шунте и полевом транзисторе достаточно, что бы сработал маломощный биполярный транзистор. Когда транзистор сработал, он замыкает затвор полевого транзистора на землю, закрывая его полностью.

Через открытый переход маломощного транзистора поступает питание на светодиод. Параллельно светодиоду можно подключить бузер с генератором для звуковой индикации.

При срабатывании защиты полевой транзистор не греется, схема в таком состоянии может находиться довольно долго, пока не устранится короткое замыкание. От сопротивления шунта зависит ток срабатывания защиты.

Защита от переполюсовки зарядного устройства своими руками

Вот таким вот получился блок защиты от переполюсовки зарядного устройства.

Схема защиты зарядного устройства

Используемый полевой транзистор — IRFZ44N (можно заменить любым аналогом). Маломощный транзистор BC239C (или другой n-p-n аналог). Диод — 1N4007.

Шунт использовался от старого китайского мультиметра, защита при таком шунте срабатывает при токе 10А.

Читайте также:  Блок питания qdion qd600 80

Схема защиты зарядного устройства

Тест с почти максимальной нагрузкой.

Защита от переполюсовки зарядного устройства

Имитация короткого замыкания.

Защита от переполюсовки зарядного устройства

Как видим эта защита зарядного устройства спасает не только от переполюсовки, но и от короткого замыкания или перегрузки. При использовании данной схемы в трансформаторных зарядных устройствах необходимо исключить скачки напряжение и как можно лучше его сгладить.

Демонстрация работы защиты.

Кому интересен вариант печатки защиты от переполюсовки на полевике, плату в формате lay может скачать в конце статьи. В качестве шунтов в ней используются два резистора по 0,1 Ом; 5 Вт (при таких значениях защита срабатывает при токе 11-12 А). При желании можно самостоятельно дополнить плату бузером с генератором или оставить, как есть.

Источник

БЛОК ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕПОЛЮСОВКИ НА MOSFET С ИНДИКАЦИЕЙ

Конструкция устройства, о котором пойдёт речь в сегодняшней статье предназначена для встраивания в электроприборы, которые приходится часто включать/отключать от источника постоянного тока, например аккумулятора. Это могут быть какие-то переносные электроинструменты аудиотехника или что-то другое, неправильное подключение которых может привести к их повреждению. Данный блок защиты не только не позволит подать неправильную полярность на подключаемый прибор, но и сообщит об этом зажжённым красным светодиодом что она перепутана.

Защита нагрузки от переполюсовки рассчитана на работу с аккумуляторной батареей 12/24 В или другим источником постоянного тока напряжением 12…24 В . Мощный полевой транзистор VT1 (IRFZ44) применен в качестве ключа и благодаря инверсному включению имеет падение напряжения в открытом состоянии намного меньше, чем у часто применяемых для этой же цели диодов, включаемых в прямом направлении последовательно с нагрузкой.

В нормальном соединении транзистор VT2 (BC557B) открыт по цепи базы, следовательно, открыт и VT1 . Нагрузка соединена с источником напряжения, а нормальную работу индицирует зеленый светодиод VD2 . При переполюсовки VT1 и VT2 закрыты, нагрузка обесточена, а красный светодиод VD1 сообщает о необходимости изменить полярность подключения источника. Стабилитрон VD3 защищает затвор VT1 от превышения напряжения. Печатная плата для схемы показана ниже.

Источник

Как защититься от переполюсовки напряжения питания?

Питающее напряжение обратной полярности представляет угрозу для незащищенных электронных устройств. Такая ситуация может возникать как из-за неверной установки батареек, так и из-за переполюсовки клемм источника питания. Чтобы избежать подобных проблем используют разъемы с ключами, которые не позволяют выполнить неправильное подключение. К сожалению, такое решение не всегда возможно. Часто в силовых схемах применяют винтовые разъемы, кольцевые или ножевые клеммы. В качестве примера можно привести подключение аккумуляторной батареи в автомобиле. При смене аккумулятора вполне реально перепутать клеммы, что приводит к тому, что на вход питания электронных блоков поступает напряжение обратной полярности.

Почему переполюсовка питания становится все более серьезной проблемой?

Несколько десятилетий назад в автомобилях практически отсутствовали электронные блоки, за исключением, пожалуй, радио. Даже приборная панель со спидометром представляла собой электромеханическую систему. Очевидно, что в таких условиях ущерб от обратной полярности при переполюсовке аккумулятора был минимальным. Однако в современных машинах все обстоит совсем иначе. На борту у автомобиля присутствует множество электронных систем и блоков: современные системы содействия водителю ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), резервные камеры, навигационные системы, антиблокировочные системы ABS, системы защиты от заносов, мультимедийные системы, GPS, беспроводная связь и внутренние сети, включая Ethernet. Многие другие приложения за пределами автомобильной отрасли в последнее время также «обросли» электронными устройствами и функциями.

При переполюсовке аккумулятора или при переходных процессах во время коммутации индуктивной нагрузки на линиях питания возникают напряжения обратной полярности, способные приводить к серьезным сбоям и повреждениям электронных систем и блоков. Обратная полярность при неверном включении аккумулятора опасна еще и тем, что аккумулятор в течение некоторого времени способен без проблем выдавать ток до нескольких сотен ампер.

Читайте также:  Пусковой ток блока питания для светодиодной ленты

Как проще всего защититься от переполюсовки?

Самым простым способом защиты будет использование обычного диода, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 1). Диод позволяет протекать только прямому току и блокирует обратный ток, тем самым защищая от неправильной полярности входного напряжения питания.

Для защиты от обратного напряжения может быть использован обычный диод

Рис. 1. Для защиты от обратного напряжения может быть использован обычный диод. Однако это решение имеет недостатки: дополнительные потери мощности, падение напряжения, значительные размеры (при больших токах)

Каковы недостатки диодной защиты?

При использовании защитного диода разработчик может столкнуться с целым рядом сложностей:

  • Во-первых, диод должен обеспечивать не только постоянное, но и пиковое значение нагрузочного тока. Пиковый суммарный ток всех потребителей автомобиля может легко достигать нескольких сотен ампер. Таким образом, для защиты от переполюсовки на системном уровне необходим большой и дорогостоящий диод с массивными контактами. В качестве альтернативного решения могут использоваться индивидуальные диоды на входе каждого электронного блока, но для некоторых блоков нагрузочный ток также оказывается весьма солидным.
  • Во-вторых, диод должен быть надежным и сохранять эффективность в широком диапазоне рабочих температур (особенно, если он находится под капотом). Он также должен выдерживать воздействие различных кондуктивных помех в соответствии с требованиями автомобильных стандартов.
  • В-третьих, диод приводит к возникновению дополнительного падения напряжения 0,3…0,7 В (в зависимости от типа диода). Это достаточно много, если учитывать, что номинальное напряжение бортовой сети автотранспортных средств невелико. Например, для легкового автомобиля номинальное напряжение составляет всего 12 В.
  • Наконец, даже если сопротивление диода оказывается небольшим, на нем рассеивается огромная мощность, что приводит к значительному разогреву. По этой причине нормальная работа диода возможна только при организации эффективного отвода тепла.

Существуют ли более эффективные решения?

К счастью, производители электронных компонентов предлагают альтернативные решения, которые демонстрируют более высокую эффективность. «Умный диод» – это активное устройство, которое обеспечивает те же функции, что и обычный диод, но не имеет перечисленных выше недостатков. Например, интегральный контроллер LM74610-Q1 от Texas Instruments использует схему накачки заряда для управления внешним силовым транзистором (рис. 2). LM74610-Q1 подключается к линии питания с помощью пары выводов «Anode» и «Cathode».

Контроллер LM74610-Q1 совместно с силовым транзистором выполняют функцию «идеального диода», обеспечивая высокое быстродействие и минимальные потери.

Рис. 2. Контроллер LM74610-Q1 совместно с силовым транзистором выполняют функцию «идеального диода», обеспечивая высокое быстродействие и минимальные потери. Микросхема LM74610-Q1 предназначена для монтажа на печатные платы потребителей различной мощности.

Как это работает?

Контроллер LM74610 управляет внешним МОП-транзистором, который в свою очередь выполняет коммутацию тока, тем самым имитируя работу диода. При правильной полярности входного напряжения транзистор открывается и пропускает ток. Благодаря низкому сопротивлению открытого канала уровень рассеиваемой мощности оказывается минимальным. Если на вход схемы поступает напряжение обратной полярности, LM74610-Q1 выключает транзистор менее чем за 8 мкс. Высокое быстродействие играет важную роль для защиты от импульсных помех, возникающих при коммутации индуктивной нагрузки. Контроллер способен выдерживать обратное напряжение до 45 В. Этого оказывается достаточно для широкого спектра автомобильных приложений. Большим преимуществом LM74610-Q1 является тот факт, что микросхема отвязана от земли и обеспечивает нулевой ток собственного потребления (Iq).

Где следует размещать схему защиты?

Контроллер LM74610-Q1 выпускается в малогабаритном корпусном исполнении VSSOP-8 размером всего 3×5 мм. В результате, несмотря на наличие внешнего силового транзистора, схема защиты занимает очень мало места на печатной плате. Это позволяет размещать ее в каждом отдельном электронном блоке, вместо того, чтобы делать один общий защитный модуль. Такое решение оказывается более удобным и надежным.

Источник