Защита от переполюсовки

Для питания своих устройств на этапе отладки, использую обычные зарядки от телефона, припаяв им к выходу bls разъём.

Защита от переполюсовки.

Чтобы отличить плюс от минуса, надпиливаю один из выводов, но по невнимательности всё равно бывает ошибаюсь и подключаю выводы неправильно. О последствиях переполюсовки рассказывать не буду, расскажу лучше как этого избежать. Но для начала пару слов о том, что такое переполюсовка, обычно у устройства, которое питается постоянным током два вывода, к одному из них подключается положительный вывод источника питания, к другому отрицательный. Но никто не мешает(если, конечно же производитель не позаботилися об этом)подключить их наоборот, такое подключение выводов и называют переполюсовкой.

Самый простой способ защититься от переполюсовки — это включить последовательно диод, тогда при ошибке подключения ток не потечёт.

Защита от переполюсовки.

Этот способ работает, но у него есть два недостатка: первый — это большое падение напряжения на диоде, порядка 0.7 вольта, что недопустимо для низковольтных цепей(3.3 и 5 вольт), второй — это мощность, которую он рассеивает. Так как через этот диод протекает ток, питающий всё устройство, то на нём рассеивается большая мощность, которая выделяется в виде тепла. Допустим, наше устройство потребляет 1А тогда мощность которую будет рассеивать диод равна.

Защита от переполюсовки.

Немного улучшить ситуацию можно используя диод Шоттки, который обладает меньшим падением напряжения, порядка 0.4 вольта, но для низковольтных цепей такое решение всё равно не подходит.

Защита от переполюсовки.

Получается, что идеальный для наших целей элемент должен обладать низким сопротивлением, тогда и падение напряжения на нём будет малым. И такой элемент существует, конечно же, это полевой транзистор, сопротивление канала современных mosfet’ов составляет миллиомы или десятки миллиом.

Защита от переполюсовки.

При подключении источника питания ток течёт через паразитный диод(он образуется при производстве из-за не совершенства технологического процесса), на котором падает порядка 1V, в результате чего напряжение на истоке становится равным Uпит -1 и разность напряжений затвор-исток открывает полевой транзистор.

Давайте вернёмся к низковольтной цепи, которая питается от 5V и в которую мы так и не смогли пристроить диод. Полевой транзистор возьмём из серии IRLML, которая управляется логическим уровнем, а именно IRLML_6401

, сопротивление открытого канала, у которого 50 миллиом, а пороговое напряжение открытия VGS(th) от -0.4V до -0.95V.

Защита от переполюсовки.

На схеме видно, что напряжение затвор-исток гораздо ниже порогового, указанного в даташите и можно быть уверенным, что транзистор откроется.

При токе 1А падение напряжения на транзисторе составит 0.05V против 0.4V на диоде Шоттки, что вполне приемлемо.

Защита от переполюсовки.

Но это лишь одна сторона медали, если использовать данную схему при высоких напряжениях, то у неё появляется недостаток — это малое напряжение пробоя затвор — исток, поэтому для применения в высоковольтных цепях схему надо немного усложнить, как показано ниже.

Защита от переполюсовки.

Таким образом, мы с помощью стабилитрона ограничили напряжение затвор — исток, тем самым защитив транзистор, а излишки напряжения упадут на резисторе.

Как оказалось, производители электронных компонентов знают про этот трюк, и выпускают уже готовые сборки, например CSD25201W15

, которые состоят из mosfet’a, стабилитрона и резистора.

Защита от переполюсовки.

Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.

Защита от переполюсовки.

Существует еще один способ защиты от переполюсовки и заключается он в том, что параллельно нагрузке ставится диод, а на входе последовательно ставится предохранитель. При соблюдении полярности ток через диод не течёт, при переполюсовке ток начинает течь по цепи диод — предохранитель и так как ток ни чем не ограничен предохранитель должен сгореть.

Защита от переполюсовки.

Выше был описан идеальный сценарий, на самом деле может быть и наоборот, раньше сгорит диод и тут вопрос в том, уйдёт ли он в обрыв сгорая или нет.

Пока ток течёт через диод, к схеме приложено напряжение обратной полярности равное падению напряжения на диоде(иногда чтобы уменьшить его используют диод Шоттки), но если диод уходит в обрыв, к схеме прикладывается полное напряжение питания, но обратной полярности, то есть происходит переполюсовка и схема выходит из строя. Советовать этот способ не стал бы, но знать о нём нужно и дело тут не столько в самом способе(можно взять диод максимальный ток которого в два раза превышает ток предохранителя и предохранитель, который сгорает при кратковременном броске тока(flink)), сколько в качестве современных электронных компонентов, которые зачастую неизвестного происхождения.

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.

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.

Рекомендуем:

проверка устройстваКак сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank

размерыПростой Powerbank своими руками

Как сделать беспроводную зарядку для всех гаджетовКак сделать беспроводную зарядку для всех гаджетов

Автозарядка своими рукамиСхема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора своими руками

Зарядник получился неплохойЗарядник из адаптера от ноутбука

Аккумулятор из литий ионных батареек своими рукамиАккумулятор из литий ионных батареек своими руками: как правильно заряжать

тестируем получившееся устройствоКак зарядить телефон от другого

изготовление воротниковых зажимовСамонаводящиеся солнечные панели с управлением от мобильника – Этап 5: изготовление воротниковых зажимов

Защитный диод последовательно с нагрузкой

Защита от переполюсовки: диод последовательно с нагрузкой

Это, пожалуй, самый простой и безопасный вариант защиты нагрузки от переполюсовки источника питания.Одно только плохо: падение напряжения на диоде. В зависимости от того, какой диод применён, на нём может падать от примерно 0.2В (Шоттки) и до 0.7…1В — на обычных выпрямительных диодах с p-n переходом. Такие потери могут оказаться неприемлимыми в случае батарейного питания или стабилизированного источника питания. Так же, при относительно большых токах потребления, потери мощности на диоде могут быть весьма нежелательными.

n-channel MOSFET — наилучшая защита

Раздобыть мощный низковольтный n-канальный КМОП транзистор в наши дни совсем несложно, ими порою можно разжиться даже совсем забесплатно (об этом — позже;). Так что обеспечить пренебрежимо малое падение на открытом канале для любых вообразимых токов нагрузки — пустяк.

Защита от переполюсовки питания с N-MOSFETN-канальный MOSFET + стабилитрон на 7.2…15V + резистор в пару десятков килоом = БЕЗОПАСНОСТЬ

Так же, как и в схеме с p-канальным MOSFET, при ошибочном подключении источника — и нагрузка и незадачливый источник вне опасности.

Единственный «недостаток», который дотошный читатель может углядеть в данной схеме защиты — это то, что защита включена в т.н. «земляной» провод.Это действительно может быть неудобно, если строится большая система с земляной «звездой». Но в таком случае надо просто предусматривать эту же защиту в непосредственной близости от подвода питания. Если же и такой вариант не подходит — наверняка найдутся способы такую непростую систему либо обеспечить уникальными разъёмами питания с надёжными механическими ключами, либо развести «постоянку», или хотя бы «землю» без разъёмов.

Зарядное устройство 12в аккумулятора своими руками

Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.

Вот эти компоненты:

  1. DC-DC понижающий преобразователь (DC-DC CC CV TC43200).
  2. Вольтметр – Амперметр.
  3. Диодный мост KBPC5010.

Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в этой статье), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.

Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.

Сборка зарядного устройства

Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора.

Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.

Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:

  1. Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
  2. Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).

Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.

Настройка выходного напряжения и зарядного тока

На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.

Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.

Защита от переполюсовки

Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.

Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.

Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.

Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.

Как заряжать аккумулятор

Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо.

Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.

Вольтметр – Амперметр — ссылка на товар.

DC-DC понижающий преобразователь TC43200 — ссылка на товар.

Обзор понижающего преобразователя DC-DC CC CV TC43200.

KBPC5010 — ссылка на товар.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: