Mạch bảo vệ phân cực ngược

Pin là nguồn điện thuận tiện nhất để cung cấp điện áp cho mạch điện tử. Có nhiều cách khác, để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử, như bộ chuyển đổi, pin mặt trời, v.v. nhưng nguồn điện DC phổ biến nhất là Pin. Nói chung, tất cả các thiết bị đều có Mạch bảo vệ phân cực ngược nhưng nếu bạn có bất kỳ thiết bị hoạt động bằng pin nào không có bảo vệ phân cực ngược thì bạn luôn phải cẩn thận khi thay pin nếu không có thể làm nổ thiết bị.

Vì vậy, trong tình huống này, mạch bảo vệ phân cực ngược sẽ là một bổ sung hữu ích cho mạch. Có một số phương pháp đơn giản để bảo vệ mạch khỏi kết nối phân cực ngược như sử dụng diode hoặc Diode Bridge hoặc sử dụng P-Channel MOSFET làm công tắc ở phía CAO.

Bảo vệ phân cực ngược sử dụng Diode

Sử dụng Diode là phương pháp dễ nhất và rẻ nhất để Bảo vệ Phân cực Ngược nhưng nó có vấn đề về rò rỉ điện. Khi điện áp cung cấp đầu vào cao, điện áp giảm nhỏ có thể không có vấn đề gì, đặc biệt là khi dòng điện thấp. Nhưng trong trường hợp hệ thống vận hành điện áp thấp, ngay cả một lượng điện áp giảm nhỏ là không thể chấp nhận được.

Như chúng ta đã biết điện áp rơi trên một diode đa năng là 0,7V vì vậy chúng ta có thể hạn chế sự sụt giảm điện áp này bằng cách sử dụng diode Schottky vì điện áp rơi của nó vào khoảng 0,3V đến 0,4V và nó cũng có thể chịu được tải cao. Hãy lưu ý khi chọn điốt Schottky, vì rất nhiều điốt Schottky đi kèm với rò rỉ dòng ngược cao, vì vậy hãy đảm bảo rằng bạn sẽ chọn một điốt có dòng ngược thấp (dưới 100uA).

Ở 4 Amps, tổn thất công suất do điốt Schottky trong mạch sẽ là:

4 x 0,4W = 1,6W

Và trong diode thông thường:

4 x 0,7 = 2,8W.

Bạn thậm chí có thể sử dụng bộ chỉnh lưu toàn cầu để bảo vệ phân cực ngược, vì nó không phụ thuộc vào cực tính. Nhưng chỉnh lưu cầu bao gồm bốn điốt, do đó lượng điện năng lãng phí sẽ gấp đôi lượng điện năng lãng phí trong mạch trên với một điốt.

Bảo vệ phân cực ngược sử dụng MOSFET kênh P

Sử dụng MOSFET kênh P để bảo vệ phân cực ngược đáng tin cậy hơn các phương pháp khác, vì khả năng giảm điện áp thấp và dòng điện cao. Mạch bao gồm MOSFET kênh P, diode Zener và một điện trở kéo xuống. Nếu điện áp cung cấp nhỏ hơn điện áp Cổng vào Nguồn (Vgs) của MOSFET kênh P thì bạn chỉ cần MOSFET mà không cần diode hoặc điện trở. Bạn chỉ cần kết nối thiết bị đầu cuối cổng của MOSFET với mặt đất.

Bây giờ, nếu điện áp cung cấp nhiều hơn Vgs thì bạn phải giảm điện áp giữa cực cổng và nguồn. Các thành phần cần thiết để tạo phần cứng mạch được đề cập bên dưới.

Vật liệu cần thiết

• FQP47P06 MOSFET kênh P
• Điện trở (100k)
• Điốt Zener 9.1V
• Breadboard
• Kết nối dây

Sơ đồ mạch

Hoạt động của mạch bảo vệ phân cực ngược sử dụng MOSFET kênh P

Bây giờ, khi bạn kết nối pin theo sơ đồ mạch, với cực tính chính xác, nó làm cho bóng bán dẫn BẬT và cho phép dòng điện chạy qua nó. Nếu pin được kết nối ngược hoặc ngược cực thì bóng bán dẫn TẮT và mạch của bạn được bảo vệ.

Mạch bảo vệ này hiệu quả hơn các mạch khác. Hãy phân tích mạch khi pin được kết nối đúng cách, P-Channel MOSFET sẽ BẬT vì điện áp giữa cổng và nguồn là âm. Công thức tìm hiệu điện thế giữa cổng và nguồn là:

Vgs = (Vg - Vs)

Khi pin được kết nối không chính xác, điện áp tại cực cổng sẽ là dương và chúng ta biết rằng MOSFET kênh P chỉ bật khi điện áp tại cực cổng là âm (tối thiểu -2.0V đối với MOSFET này hoặc nhỏ hơn). Vì vậy, bất cứ khi nào pin được kết nối theo hướng ngược lại, mạch sẽ được bảo vệ bởi MOSFET.

Bây giờ, chúng ta hãy nói về tổn thất công suất trong mạch, khi bóng bán dẫn BẬT thì điện trở giữa cống và nguồn gần như không đáng kể nhưng để chính xác hơn bạn có thể xem qua datasheet của P-Channel MOSFET. Đối với MOSFET kênh P FQP47P06, Điện trở trên nguồn xả tĩnh (R _{DS (ON)}) là 0,026Ω (tối đa). Vì vậy, chúng ta có thể tính toán công suất tổn thất trong mạch như sau:

Mất điện = I ² R

Giả sử dòng điện chạy qua bóng bán dẫn là 1A. Vì vậy, tổn thất điện năng sẽ

Tổn thất điện năng = I ² R = (1A) ² * 0,026Ω = 0,026W

Do đó, tổn thất điện năng ít hơn khoảng 27 lần so với mạch sử dụng một diode. Đó là lý do tại sao sử dụng MOSFET kênh P để bảo vệ phân cực ngược tốt hơn nhiều so với các phương pháp khác. Nó đắt hơn một chút so với diode nhưng nó làm cho mạch bảo vệ an toàn và hiệu quả hơn nhiều.

Chúng tôi cũng đã sử dụng một Diode Zener và một điện trở trong mạch để bảo vệ chống vượt quá điện áp nguồn. Bằng cách thêm điện trở và diode Zener 9.1V, chúng ta có thể kẹp điện áp nguồn cổng tối đa là 9.1V âm, do đó bóng bán dẫn vẫn an toàn.