- Verpolungsschutz mit Diode
- Verpolungsschutz mit P-Kanal-MOSFET
- Erforderliches Material
- Schaltplan
- Arbeiten der Verpolungsschutzschaltung mit P-Kanal-MOSFET
Batterien sind die bequemste Stromquelle, um eine elektronische Schaltung mit Spannung zu versorgen. Es gibt viele andere Möglichkeiten, elektronische Geräte wie Adapter, Solarzellen usw. einzuschalten, aber die häufigste Gleichstromversorgung ist die Batterie. Generell sind alle Geräte mit Verpolungsschutz Schaltung aber wenn Sie irgendwelche batteriebetriebenes Gerät, das nicht Verpolungsschutz haben Sie dann muss man immer vorsichtig sein, während die Batterie wechseln sonst kann es das Gerät die Luft sprengen.
In dieser Situation wäre die Verpolungsschutzschaltung eine nützliche Ergänzung der Schaltung. Es gibt einige einfache Methoden, um die Schaltung vor einer Verbindung mit umgekehrter Polarität zu schützen, beispielsweise die Verwendung einer Diode oder einer Diodenbrücke oder die Verwendung eines P-Kanal-MOSFET als Schalter auf der HIGH-Seite.
Verpolungsschutz mit Diode
Die Verwendung einer Diode ist die einfachste und kostengünstigste Methode für den Verpolungsschutz, es besteht jedoch das Problem eines Stromverlusts. Wenn die Eingangsversorgungsspannung hoch ist, kann ein kleiner Spannungsabfall keine Rolle spielen, insbesondere wenn der Strom niedrig ist. Im Falle eines Niederspannungsbetriebssystems ist jedoch selbst ein geringer Spannungsabfall nicht akzeptabel.
Wie wir wissen, beträgt der Spannungsabfall an einer Allzweckdiode 0,7 V, sodass wir diesen Spannungsabfall durch Verwendung einer Schottky-Diode begrenzen können, da ihr Spannungsabfall zwischen 0,3 V und 0,4 V liegt und auch hohen Strombelastungen standhält. Beachten Sie bei der Auswahl einer Schottky-Diode, da viele Schottky-Dioden einen hohen Rückstromverlust aufweisen. Stellen Sie daher sicher, dass Sie eine mit niedrigem Rückstrom (weniger als 100 uA) wählen.
Bei 4 Ampere beträgt der Leistungsverlust einer Schottky-Diode in der Schaltung:
4 x 0,4 W = 1,6 W.
Und in gewöhnlichen Dioden:
4 x 0,7 = 2,8 W.
Sie können sogar einen Vollbrückengleichrichter für den Verpolungsschutz verwenden, da dieser unabhängig von der Polarität ist. Der Brückengleichrichter besteht jedoch aus vier Dioden, daher ist die Menge an Leistungsverschwendung doppelt so groß wie die Leistungsverschwendung in der obigen Schaltung mit einer einzelnen Diode.
Verpolungsschutz mit P-Kanal-MOSFET
Die Verwendung eines P-Kanal-MOSFET für den Verpolungsschutz ist aufgrund des geringen Spannungsabfalls und der hohen Stromfähigkeit zuverlässiger als andere Verfahren. Die Schaltung besteht aus einem P-Kanal-MOSFET, einer Zenerdiode und einem Pulldown-Widerstand. Wenn die Versorgungsspannung geringer ist als die Gate-Source-Spannung (Vgs) des P-Kanal-MOSFET, benötigen Sie nur den MOSFET ohne Diode oder Widerstand. Sie müssen nur den Gate-Anschluss des MOSFET mit Masse verbinden.
Wenn nun die Versorgungsspannung größer als die Vgs ist, müssen Sie die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss und der Quelle abfallen lassen. Die zur Herstellung der Schaltungshardware erforderlichen Komponenten sind nachstehend aufgeführt.
Erforderliches Material
- FQP47P06 P-Kanal-MOSFET
- Widerstand (100k)
- 9,1 V Zenerdiode
- Steckbrett
- Kabel anschließen
Schaltplan
Arbeiten der Verpolungsschutzschaltung mit P-Kanal-MOSFET
Wenn Sie nun die Batterie gemäß Schaltplan mit der richtigen Polarität anschließen, wird der Transistor eingeschaltet und der Strom fließt durch ihn. Wenn die Batterie rückwärts oder in umgekehrter Polarität angeschlossen ist, schaltet sich der Transistor aus und Ihr Stromkreis wird geschützt.
Diese Schutzschaltung ist effizienter als andere. Lassen Sie uns die Schaltung analysieren, wenn die Batterie richtig angeschlossen ist. Der P-Kanal-MOSFET wird eingeschaltet, da die Spannung zwischen Gate und Source negativ ist. Die Formel zum Ermitteln der Spannung zwischen Gate und Source lautet:
Vgs = (Vg - Vs)
Wenn die Batterie falsch angeschlossen ist, ist die Spannung am Gate-Anschluss positiv und wir wissen, dass der P-Kanal-MOSFET nur eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Gate-Anschluss negativ ist (mindestens -2,0 V für diesen MOSFET oder weniger). Wenn also die Batterie in umgekehrter Richtung angeschlossen wird, wird die Schaltung durch den MOSFET geschützt.
Lassen Sie uns nun über den Leistungsverlust in der Schaltung sprechen. Wenn der Transistor eingeschaltet ist, ist der Widerstand zwischen Drain und Source fast vernachlässigbar. Um genauer zu sein, können Sie das Datenblatt des P-Kanal-MOSFET durchgehen. Für den P-Kanal-MOSFET FQP47P06 beträgt der Einschaltwiderstand der statischen Drain-Quelle (R DS (ON)) 0,026 Ω (max.). So können wir den Leistungsverlust in der Schaltung wie folgt berechnen:
Leistungsverlust = I 2 R.
Nehmen wir an, der Stromfluss durch den Transistor beträgt 1A. So wird der Leistungsverlust sein
Leistungsverlust = I 2 R = (1A) 2 * 0,026 Ω = 0,026 W.
Daher ist der Leistungsverlust etwa 27-mal geringer als bei der Schaltung mit einer einzelnen Diode. Aus diesem Grund ist die Verwendung eines P-Kanal-MOSFET für den Verpolungsschutz weitaus besser als bei anderen Methoden. Es ist etwas teurer als eine Diode, macht aber die Schutzschaltung viel sicherer und effizienter.
Wir haben auch eine Zenerdiode und einen Widerstand in der Schaltung zum Schutz gegen das Überschreiten der Gate-Source-Spannung verwendet. Durch Hinzufügen des Widerstands und der Zenerdiode von 9,1 V können wir die Gate-Source-Spannung auf ein Maximum von negativen 9,1 V klemmen, sodass der Transistor sicher bleibt.