Меню

Защита от обратного тока аккумулятора

Защита нагрузки от обратной полярности (переполюсовки)

Наиболее распространённым источником постоянного тока при автономном питании является аккумулятор. При проектировании электронных схем, важным фактором является наличие ряда защит, позволяющих безопасно эксплуатировать устройство . В этой статье рассмотрим способы, плюсы и минусы так называемой защиты от обратной полярности, или переполюсовки, при смене аккумулятора.

Самый простой и дешёвый способ защиты от переполюсовки – использование диода. Но такая схема имеет существенный недостаток – падение напряжения на диоде . И если при достаточно высоких напряжениях питания этим падением напряжения можно пренебречь, то для низковольтных схем оно оказывает существенное влияние на работу и автономность.

Использование в качестве защитного диода от переполюсовки Шоттки несколько улучшит ситуацию, поскольку падение на нём имеет более низкие значения 0,2 — 0,4 В .

В схемах защиты от обратной полярности встречается и использование диодного моста . В такой схеме полярность вообще не имеет значения. Но, опять же, потери по сравнению с одним диодом увеличатся вдвое.

Самой простой и эффективной схемой для защиты нагрузки от обратной полярности является использование в качестве выключателя mosfet -транзистора. Почему? Всё дело заключается в ничтожно малом сопротивлении канала исток-сток , которым в принципе можно пренебречь и высоких токах нагрузки. Но давайте будем более точными и займёмся расчётами.

На представленной схеме использован транзистор VT1 FQP47P06 , максимальный ток стока которого составляет 47А , а сопротивление канала 0,026 Ом . Для защиты затвора включена цепь R1VD1 . Условие протекания тока через нагрузку – правильное включение GB1 , иначе транзистор тупо будет закрыт. И если подсчитать потери мощности, скажем при токе , то получим: I2R – 0,026 Вт . Это в двадцать с лишним раз меньше по сравнению если использовать диод.

Источник



Как сделать защиту от переполюсовки, от КЗ для блока питания своими руками

Вариант 3

Содержание

  • 1 Вариант 1
  • 2 Вариант 2
  • 3 Вариант 3
  • 4 Итог

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

Как сделать защиту от переполюсовки для блока питания

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.

Реле, диодная развязка

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.

Работает схема

Работает схема

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

Работает схема

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.

Работает схема

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

Работает схема

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Работает схема

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

Работает схема

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.

Как сделать защиту от переполюсовки для блока питания

Вариант 2

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.

Принцип работы

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.

Читайте также:  Сатурн аккумуляторы литий ионные

Принцип работы

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

Вариант 3

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.

Предохранитель

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.

Предохранитель

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Диод

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

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.

автомагнитоле

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Как сделать защиту от переполюсовки для блока питания

Автор: Эдуард Орлов –

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.

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.
Читайте также:  Мир аккумуляторов брянск ульянова 69

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

Защита нагрузки от обратной полярности (переполюсовки)

Наиболее распространённым источником постоянного тока при автономном питании является аккумулятор. При проектировании электронных схем, важным фактором является наличие ряда защит, позволяющих безопасно эксплуатировать устройство . В этой статье рассмотрим способы, плюсы и минусы так называемой защиты от обратной полярности, или переполюсовки, при смене аккумулятора.

Самый простой и дешёвый способ защиты от переполюсовки – использование диода. Но такая схема имеет существенный недостаток – падение напряжения на диоде . И если при достаточно высоких напряжениях питания этим падением напряжения можно пренебречь, то для низковольтных схем оно оказывает существенное влияние на работу и автономность.

Использование в качестве защитного диода от переполюсовки Шоттки несколько улучшит ситуацию, поскольку падение на нём имеет более низкие значения 0,2 — 0,4 В .

В схемах защиты от обратной полярности встречается и использование диодного моста . В такой схеме полярность вообще не имеет значения. Но, опять же, потери по сравнению с одним диодом увеличатся вдвое.

Самой простой и эффективной схемой для защиты нагрузки от обратной полярности является использование в качестве выключателя mosfet -транзистора. Почему? Всё дело заключается в ничтожно малом сопротивлении канала исток-сток , которым в принципе можно пренебречь и высоких токах нагрузки. Но давайте будем более точными и займёмся расчётами.

На представленной схеме использован транзистор VT1 FQP47P06 , максимальный ток стока которого составляет 47А , а сопротивление канала 0,026 Ом . Для защиты затвора включена цепь R1VD1 . Условие протекания тока через нагрузку – правильное включение GB1 , иначе транзистор тупо будет закрыт. И если подсчитать потери мощности, скажем при токе , то получим: I2R – 0,026 Вт . Это в двадцать с лишним раз меньше по сравнению если использовать диод.

Читайте также:  Быстрая зарядка аккумулятора для шуруповерта

Источник

Защита от обратного тока аккумулятора

23 декабрь 2017
Приветствую вас друзья. Сегодня я расскажу вам о самом эффективном способе восстановления емкости у свинцово-кислотных аккумуляторов.
В период даже самой правильной эксплуатации, аккумулятор каждый день теряет свою емкость. И в один прекрасный момент его заряда не хватает, чтобы завести двигатель автомобиля. Обостряется данный пример с приходом холодов.

Естественно автолюбитель ставит аккумулятор на зарядку и спустя некоторое время видит, что батарея не заряжается, а напряжение при зарядке стоит как в норме – 14,4-14,7 В или выше (12,6 без зарядника).

Тогда если есть нагрузочная вилка проверка производится ей и выясняется, что под нагрузкой напряжение сильно просаживается. Все указывает на потерю емкости аккумулятором. Причиной тому – сульфатация пластин.

Какие аккумуляторы можно восстановить?

Этот способ подходит для батарей, которые в период своей эксплуатации не были подвержены серьезным токовым или механическим повреждения. А пришли в негодность в результате временной, естественной сульфатации.
Этот способ не подходит для аккумуляторных батарей у которых имеется внутреннее осыпание пластин, имеется внутреннее замыкание банок, имеется вздутие или иные механические повреждения.
Способ отлично подходит для десульфатации пластин и называется в народе методом «переполюсовки» аккумулятора.
Я разделю восстановление аккумуляторной батареи на три этапа.

Процесс восстановления аккумулятора

Этап первый: подготовка

Первое что не обязательно, но нужно сделать это очистить поверхность батареи от любых загрязнений. Промыть с моющим средством всё поверхность.
Далее, визуально убедиться в отсутствии повреждений на корпусе, в отсутствии вздутий и выпуклостей по сторонам.
Второе, открыть все пробки банок и убедиться в наличии электролита. Если в одной из банок его нет, то нужно убедиться в отсутствии трещин на корпусе.
Затем, с помощью фонарика осмотреть пластины внутри – осыпаний быть не должно. Тут как раз за одно можно отчетливо увидеть сульфатацию – белый налет на пластинах.

Этап второй: классический способ восстановления

Прежде чем переходить к переполюсовке аккумулятора, необходимо протестировать обычный способ восстановления, ставший уже классическим.
Шаг первый: заряжаем аккумулятор до полного заряда 14,4 В.

Этап третий: переполюсовка аккумуляторной батареи

Этот метод восстановления аккумулятора самый действенный из всех существующих. И реанимирует батарею почти в 90% случаях.
Шаг первый: вешаем на батарею нагрузку в виде галогенной лампы, и разряжаем аккумулятор в ноль. Лампа потухнет примерно через сутки (все зависит от начальной емкости аккумулятора). Оставляем батарею с подключенной лампой ещё на 2-3 суток, чтобы окончательно разрядить остатки.
Шаг второй: зарядка аккумулятора обратным током. Подключаем зарядное устройство наоборот: плюс к минусу, а минус к плюсу. Чтобы не испортить ваш зарядник (или чтобы не сработала защита от короткого замыкания), последовательно батареи подключаем ту же галогенную лампу. И заряжаем аккумулятор в обратной полярности. После того, как напряжение поднялось до вольт 5-6, лампу из цепи можно исключить. Ток заряда желательно ставить 5 процентов от емкости батареи. То есть если емкость 60 ампер-часов, то ток заряда в обратном направлении ставим на 3 Ампера. В это время все банки с электролитом начинают активно бурлить и шипеть –это нормально, так как идет обратный процесс.

Результат восстановления аккумуляторной батареи

Обычно результат помогает повысить емкость аккумулятора до 70-100 % от заводской, конечно бывают и исключения.
Конкретно в моем случае удалось поднять емкость на 95% — что является отличным результатом. С пластин пропал белый налет сульфата, и они приобрели черный цвет как у нового аккумулятора. Электролит стал более прозрачным и чистым.

Видео по восстановлению аккумулятора

Я рекомендую вам посмотреть видео, где восстанавливается полностью «мертвый» аккумулятор, которому около 10 лет.
Вначале идет «раскачка» со сменой полярности питания, а почти в самом конце уже дан полный цикл переполюсовки.

Источник