Prilikom dizajniranja industrijskih uređaja koji podliježu povećanim zahtjevima pouzdanosti, više puta sam se susreo s problemom zaštite uređaja od pogrešnog polariteta priključka za napajanje. Čak i iskusni instalateri ponekad uspiju pobrkati plus sa minusom. Vjerovatno su takvi problemi još akutniji tijekom eksperimenata početnika inženjera elektronike. U ovom članku ćemo pogledati najjednostavnija rješenja problema - i tradicionalne i rijetko korištene metode zaštite.

Najjednostavnije rješenje koje se odmah nameće je povezivanje konvencionalne poluvodičke diode u seriju s uređajem.


Jednostavno, jeftino i veselo, čini se šta je još potrebno za sreću? Međutim, ova metoda ima vrlo ozbiljan nedostatak - veliki pad napona na otvorenoj diodi.


Ovdje je tipična I-V karakteristika za direktno povezivanje diode. Pri struji od 2 A, pad napona će biti približno 0,85 volti. U slučaju niskonaponskih kola od 5 volti i manje, ovo je vrlo značajan gubitak. Kod viših napona takav pad igra manju ulogu, ali postoji još jedan neugodan faktor. U krugovima s velikom potrošnjom struje, dioda će raspršiti vrlo značajnu snagu. Dakle, za slučaj prikazan na gornjoj slici, dobijamo:
0,85V x 2A = 1,7W.
Snaga koju raspršuje dioda je već prevelika za takvo kućište i osjetno će se zagrijati!
Međutim, ako ste spremni odvojiti se s malo više novca, onda možete koristiti Schottky diodu, koja ima manji pad napona.


Ovdje je tipična I-V karakteristika za Schottky diodu. Izračunajmo disipaciju snage za ovaj slučaj.
0,55V x 2A = 1,1W
Već nešto bolje. Ali šta učiniti ako vaš uređaj troši još ozbiljniju struju?
Ponekad se diode postavljaju paralelno s uređajem u obrnutom spoju, koje bi trebale pregorjeti ako se napon napajanja pomiješa i dovede do kratki spoj. U tom slučaju vaš uređaj će najvjerovatnije pretrpjeti minimalno oštećenje, ali može doći do kvara napajanja, a da ne govorimo o tome da će se sama zaštitna dioda morati zamijeniti, a uz to mogu biti oštećene i staze na ploči. Ukratko, ova metoda je za entuzijaste ekstremnih sportova.
Međutim, postoji još jedan malo skuplji, ali vrlo jednostavan i lišen gore navedenih nedostataka, način zaštite - korištenjem tranzistor sa efektom polja. Tokom proteklih 10 godina, parametri ovih poluprovodnički uređaji naglo poboljšao, ali je cijena, naprotiv, naglo pala. Možda se činjenica da se izuzetno rijetko koriste za zaštitu kritičnih kola od pogrešnog polariteta napajanja u velikoj mjeri može objasniti inercijom razmišljanja. Razmotrite sljedeći dijagram:


Kada se uključi napajanje, napon na opterećenje prolazi kroz zaštitnu diodu. Pad na njemu je prilično velik - u našem slučaju oko volta. Međutim, kao rezultat, između kapije i izvora tranzistora nastaje napon koji prelazi granični napon i tranzistor se otvara. Otpor izvor-odvod naglo se smanjuje i struja počinje teći ne kroz diodu, već kroz otvoreni tranzistor.


Pređimo na pojedinosti. Na primjer, za tranzistor FQP47Z06, tipični otpor kanala bit će 0,026 Ohma! Lako je izračunati da će snaga koju troši tranzistor za naš slučaj biti samo 25 milivata, a pad napona je blizu nule!
Kada promijenite polaritet izvora napajanja, struja neće teći u krugu. Među nedostacima kruga, možda se može primijetiti da takvi tranzistori nemaju vrlo visok napon proboja između kapije i izvora, ali se malim kompliciranjem kruga može koristiti za zaštitu višenaponskih kola.


Mislim da čitateljima neće biti teško da sami shvate kako ova šema funkcionira.

Nakon objave članka, poštovani korisnik je u komentarima naveo zaštitno kolo bazirano na tranzistoru sa efektom polja, koji se koristi u iPhoneu 4. Nadam se da neće imati ništa protiv ako svoj post dopunim njegovim pronalaskom.

n-kanalni MOSFET + 7.2...15V zener dioda + otpornik od par desetina kilo-oma = SIGURNOST

Čini se da je zadatak trivijalan. I zašto bi iko ikada trebao zaštititi bilo koje elektronske proizvode od obrnutog polariteta napajanja?

Avaj, podmukla futrola ima hiljadu i jedan način da ubacite minus umjesto plusa na uređaj koji ste proveli mnogo dana sklapajući i otklanjajući greške, a sada je tek počeo da radi.

Navest ću samo nekoliko primjera potencijalnih ubica elektronskih ploča, ali i gotovih proizvoda:

• Univerzalni izvori napajanja sa svojim univerzalnim utikačima, koji se mogu spojiti ili sa plusom na unutrašnjem kontaktu ili sa minusom.
• Mala napajanja (kao što su kutije na utikaču) - svi se proizvode s plusom na središnjem kontaktu, zar ne? NE!
• Bilo koji tip konektora za napajanje bez tvrdog mehaničkog "ključa". Na primjer, praktični i jeftini kompjuterski "skakači" s nagibom od 2,54 mm. Ili vijčane stezaljke.
• Kako vam se sviđa ovaj scenario: prekjučer su pri ruci bile samo crne i plave žice. Danas sam bio siguran da je "minus" plava žica. Chpok - to je greška. U početku sam htio koristiti crnu i crvenu.
• Da, samo ako imate loš dan - pomiješajte par žica, ili ih uključite na drugi način jednostavno zato što ste držali ploču naopačke...

Uvijek će postojati ljudi (znam barem dvije takve paprike) koji će, gledajući pravo u oči, odlučno i kategorički izjaviti da nikada neće učiniti tako glupost kao što je obrnuti polaritet izvora napajanja! Bog je njihov sudija. Možda će, nakon što sami sastave i otklone nekoliko originalnih dizajna vlastitog dizajna, postati mudriji. U međuvremenu, neću se raspravljati. Reći ću vam šta i ja koristim.

Životne priče

Bio sam još prilično mlad kada sam morao prelemiti 25 od 27 kućišta.
Od tada gotovo uvijek postavljam zaštitnu diodu pored konektora za napajanje.

Inače, tema zaštite od pogrešnog polariteta napajanja relevantna je ne samo u fazi izrade prototipa.
Nedavno sam bio svjedok herojskih napora prijatelja da obnovi džinovski laserski rezač. Uzrok kvara bio je potencijalni tehničar koji je pomiješao žice za napajanje senzora/stabilizatora za vertikalno pomicanje rezne glave. Iznenađujuće, čini se da je samo kolo preživjelo (na kraju krajeva, bilo je zaštićeno paralelnom diodom). Ali poslije je sve potpuno izgorjelo: pojačala, nekakva logika, kontrola servo...

Ovo je možda najjednostavnija i najsigurnija opcija za zaštitu opterećenja od obrnutog polariteta napajanja.
Postoji samo jedna loša stvar: pad napona na diodi. U zavisnosti od toga koja se dioda koristi, može pasti od oko 0,2V (Schottky) do 0,7...1V - na konvencionalnim ispravljačkim diodama sa p-n spoj. Takvi gubici mogu biti neprihvatljivi u slučaju baterija napajanog ili stabilizovanog napajanja. Također, pri relativno velikoj potrošnji struje, gubici snage na diodi mogu biti vrlo nepoželjni.

Sa ovom vrstom zaštite nema gubitaka tokom normalnog rada.
Nažalost, u slučaju promjene polariteta, postoji opasnost od kvara napajanja. A ako se ispostavi da je izvor napajanja prejak, prvo će izgorjeti dioda, a zatim cijeli krug koji štiti.
U svojoj praksi sam ponekad koristio ovu vrstu zaštite od obrnutog polariteta, posebno kada sam bio siguran da izvor napajanja ima zaštitu od prekomjerne struje. Međutim, jednog dana sam dobio vrlo jasne otiske na svojim opečenim prstima dodirujući radijator stabilizatora napona, koji je pokušavao da se bori protiv debele Šotkijeve diode.

p-kanalni MOSFET - uspješno, ali skupo rješenje

Ovo relativno jednostavno rješenje nema gotovo nikakvih nedostataka: zanemarljiv pad napona/snage na prolaznom uređaju u normalnom radu i nema struje u slučaju promjene polariteta.
Jedini problem: gdje nabaviti visokokvalitetne, jeftine, jake p-kanalne tranzistore sa efektom polja s izolovanim gejtom? Ako znate, bit ću zahvalan na informacijama 😉
Uz sve ostale stvari jednake, p-kanalni MOSFET u bilo kojem parametru će uvijek biti približno tri puta lošiji od svojih n-kanalnih kolega. Obično su lošiji i cijena i nešto između čega se bira: otpor otvorenog kanala, maksimalna struja, ulazni kapacitet itd. Ovaj fenomen se objašnjava otprilike tri puta manjom mobilnošću rupa od elektrona.

n-kanalni MOSFET - najbolja zaštita

Danas uopće nije teško nabaviti moćni niskonaponski n-kanalni CMOS tranzistor ponekad ga možete dobiti i besplatno (više o tome kasnije;). Dakle, kako bi osigurali zanemarljiv pad otvori kanal za bilo koju zamislivu struju opterećenja - sitnica.

N-kanalni MOSFET + 7.2...15V zener dioda + otpornik od par desetina kilo-oma = SIGURNOST

Baš kao u kolu sa p-kanalnim MOSFET-om, ako je izvor pogrešno povezan, i opterećenje i nesrećni izvor su izvan opasnosti.

Jedini „nedostatak“ koji pažljiv čitalac može uočiti u ovoj šemi zaštite je to što je zaštita uključena u tzv. "zemlja" žica.
Zaista može biti nezgodno ako je u izgradnji veliki sistem sa zemljanom "zvezdom". Ali u ovom slučaju, samo trebate pružiti istu zaštitu u neposrednoj blizini izvora napajanja. Ako ova opcija nije prikladna, vjerovatno će postojati načini da se tako složen sistem obezbijedi jedinstvenim konektorima za napajanje sa pouzdanim mehaničkim ključevima, ili da se instalira "konstantno", ili barem "uzemljenje" bez konektora.

Oprez: statički elektricitet!

Svi smo mnogo puta upozoreni da se tranzistori sa efektom polja boje statičkog pražnjenja. Ovo je istina. Obično kapija može izdržati 15...20 volti. Malo više - i nepovratno uništenje izolatora je neizbježno. Istovremeno, postoje slučajevi kada se čini da operater na terenu još uvijek radi, ali su parametri lošiji i uređaj može u svakom trenutku otkazati.
Na sreću (i nažalost) moćni tranzistori sa efektom polja imaju velike kapacitete između kapije i ostatka kristala: od stotina pikofarada do nekoliko nanofarada i više. Stoga se pražnjenje ljudskog tijela često podnosi bez problema - kapacitet je dovoljno velik da isušeni naboj ne uzrokuje opasno povećanje napona. Dakle, kada radite sa moćnim terenskim radnicima, često je dovoljno pripaziti na minimalan oprez u pogledu elektrostatike i sve će biti u redu :)

Nisam sama

Ono što ovdje opisujem je, bez sumnje, dobro poznata praksa. Ali kad bi samo ti programeri vojne industrije imali naviku objavljivati ​​svoje dizajne kola na blogovima...
Evo na šta sam naišao na internetu:

> > Vjerujem da je prilično standardna praksa da se koristi N-kanal
> > MOSFET u povratnom vodu vojnih izvora napajanja (28V ulaz).
> > Odvod na negativ napajanja, izvor na minus PSU i
> > kapija pokretana zaštićenim derivatom pozitivnog napajanja.
1600 Hz, sjedeći na jednoj ploči, također je zaštićen:

Srećni eksperimenti!

Jeste li bili zainteresirani? Pišite mi!

Pitajte, predložite: u komentarima, ili u ličnoj poruci. Hvala vam!

Sve najbolje vama!

Sergej Patrušin.

Prilikom dizajniranja industrijskih uređaja koji podliježu povećanim zahtjevima pouzdanosti, više puta sam se susreo s problemom zaštite uređaja od pogrešnog polariteta priključka za napajanje. Čak i iskusni instalateri ponekad uspiju pobrkati plus sa minusom. Vjerovatno su takvi problemi još akutniji tijekom eksperimenata početnika inženjera elektronike. U ovom članku ćemo pogledati najjednostavnija rješenja problema - i tradicionalne i rijetko korištene metode zaštite.

Najjednostavnije rješenje koje se odmah nameće je povezivanje konvencionalne poluvodičke diode u seriju s uređajem.


Jednostavno, jeftino i veselo, čini se šta je još potrebno za sreću? Međutim, ova metoda ima vrlo ozbiljan nedostatak - veliki pad napona na otvorenoj diodi.


Ovdje je tipična I-V karakteristika za direktno povezivanje diode. Pri struji od 2 ampera, pad napona će biti približno 0,85 volti. U slučaju niskonaponskih kola od 5 volti i manje, ovo je vrlo značajan gubitak. Kod viših napona takav pad igra manju ulogu, ali postoji još jedan neugodan faktor. U krugovima s velikom potrošnjom struje, dioda će raspršiti vrlo značajnu snagu. Dakle, za slučaj prikazan na gornjoj slici, dobijamo:
0,85V x 2A = 1,7W.
Snaga koju troši dioda je već previše za takvo kućište i osjetno će se zagrijati!
Međutim, ako ste spremni odvojiti se s malo više novca, onda možete koristiti Schottky diodu, koja ima manji pad napona.


Ovdje je tipična I-V karakteristika za Schottky diodu. Izračunajmo disipaciju snage za ovaj slučaj.
0,55V x 2A = 1,1W
Već nešto bolje. Ali šta učiniti ako vaš uređaj troši još ozbiljniju struju?
Ponekad se diode postavljaju paralelno s uređajem u obrnutom spoju, koje bi trebale pregorjeti ako se napon napajanja pomiješa i dovede do kratkog spoja. U tom slučaju vaš uređaj će najvjerovatnije pretrpjeti minimalno oštećenje, ali može doći do kvara napajanja, a da ne govorimo o tome da će se sama zaštitna dioda morati zamijeniti, a uz to mogu biti oštećene i staze na ploči. Ukratko, ova metoda je za entuzijaste ekstremnih sportova.
Međutim, postoji još jedan malo skuplji, ali vrlo jednostavan i lišen gore navedenih nedostataka, način zaštite - korištenjem tranzistora s efektom polja. U proteklih 10 godina, parametri ovih poluvodičkih uređaja dramatično su se poboljšali, ali je cijena, naprotiv, značajno pala. Možda se činjenica da se izuzetno rijetko koriste za zaštitu kritičnih kola od pogrešnog polariteta napajanja u velikoj mjeri može objasniti inercijom razmišljanja. Razmotrite sljedeći dijagram:


Kada se uključi napajanje, napon na opterećenje prolazi kroz zaštitnu diodu. Pad na njemu je prilično velik - u našem slučaju oko volta. Međutim, kao rezultat, između kapije i izvora tranzistora se formira napon koji premašuje granični napon i tranzistor se otvara. Otpor izvor-odvod naglo se smanjuje i struja počinje teći ne kroz diodu, već kroz otvoreni tranzistor.


Pređimo na pojedinosti. Na primjer, za tranzistor FQP47Z06, tipični otpor kanala bit će 0,026 Ohma! Lako je izračunati da će snaga koju troši tranzistor za naš slučaj biti samo 25 milivata, a pad napona je blizu nule!
Kada promijenite polaritet izvora napajanja, struja neće teći u krugu. Među nedostacima kruga, možda se može primijetiti da takvi tranzistori nemaju vrlo visok napon proboja između kapije i izvora, ali se malim kompliciranjem kruga može koristiti za zaštitu višenaponskih kola.


Mislim da čitateljima neće biti teško da sami shvate kako ova šema funkcionira.

Nakon objavljivanja članka, poštovani korisnik Keroro je u komentarima naveo zaštitno kolo bazirano na tranzistoru sa efektom polja, koji se koristi u iPhoneu 4. Nadam se da neće imati ništa protiv ako svoj post dopunim njegovim pronalaskom.

Prilikom dizajniranja industrijskih uređaja koji podliježu povećanim zahtjevima pouzdanosti, više puta sam se susreo s problemom zaštite uređaja od pogrešnog polariteta priključka za napajanje. Čak i iskusni instalateri ponekad uspiju pobrkati plus sa minusom. Vjerovatno su takvi problemi još akutniji tijekom eksperimenata početnika inženjera elektronike. U ovom članku ćemo pogledati najjednostavnija rješenja problema - i tradicionalne i rijetko korištene metode zaštite.

Najjednostavnije rješenje koje se odmah nameće je povezivanje konvencionalne poluvodičke diode u seriju s uređajem.

Jednostavno, jeftino i veselo, čini se šta je još potrebno za sreću? Međutim, ova metoda ima vrlo ozbiljan nedostatak - veliki pad napona na otvorenoj diodi.

Ovdje je tipična I-V karakteristika za direktno povezivanje diode. Pri struji od 2 ampera, pad napona će biti približno 0,85 volti. U slučaju niskonaponskih kola od 5 volti i manje, ovo je vrlo značajan gubitak. Kod viših napona takav pad igra manju ulogu, ali postoji još jedan neugodan faktor. U krugovima s velikom potrošnjom struje, dioda će raspršiti vrlo značajnu snagu. Dakle, za slučaj prikazan na gornjoj slici, dobijamo:

0,85V x 2A = 1,7W

Snaga koju raspršuje dioda je već prevelika za takvo kućište i osjetno će se zagrijati!
Međutim, ako ste spremni odvojiti se s malo više novca, onda možete koristiti Schottky diodu, koja ima manji pad napona.

Ovdje je tipična I-V karakteristika za Schottky diodu. Izračunajmo disipaciju snage za ovaj slučaj.

0,55V x 2A = 1,1W

Već nešto bolje. Ali šta učiniti ako vaš uređaj troši još ozbiljniju struju?

Ponekad se diode postavljaju paralelno s uređajem u obrnutom spoju, koje bi trebale pregorjeti ako se napon napajanja pomiješa i dovede do kratkog spoja. U tom slučaju vaš uređaj će najvjerovatnije pretrpjeti minimalno oštećenje, ali može doći do kvara napajanja, a da ne govorimo o tome da će se sama zaštitna dioda morati zamijeniti, a uz to mogu biti oštećene i staze na ploči. Ukratko, ova metoda je za entuzijaste ekstremnih sportova.

Međutim, postoji još jedan malo skuplji, ali vrlo jednostavan i lišen gore navedenih nedostataka, način zaštite - korištenjem tranzistora s efektom polja. U proteklih 10 godina, parametri ovih poluvodičkih uređaja dramatično su se poboljšali, ali je cijena, naprotiv, značajno pala. Možda se činjenica da se izuzetno rijetko koriste za zaštitu kritičnih kola od pogrešnog polariteta napajanja u velikoj mjeri može objasniti inercijom razmišljanja. Razmotrite sljedeći dijagram:

Kada se uključi napajanje, napon na opterećenje prolazi kroz zaštitnu diodu. Pad na njemu je prilično velik - u našem slučaju oko volta. Međutim, kao rezultat, između kapije i izvora tranzistora nastaje napon koji prelazi granični napon i tranzistor se otvara. Otpor izvor-odvod naglo se smanjuje i struja počinje teći ne kroz diodu, već kroz otvoreni tranzistor.

Pređimo na pojedinosti. Na primjer, za tranzistor FQP47Z06, tipični otpor kanala bit će 0,026 Ohma! Lako je izračunati da će snaga koju troši tranzistor za naš slučaj biti samo 25 milivata, a pad napona je blizu nule!

Kada promijenite polaritet izvora napajanja, struja neće teći u krugu. Među nedostacima kruga, možda se može primijetiti da takvi tranzistori nemaju vrlo visok napon proboja između kapije i izvora, ali se malim kompliciranjem kruga može koristiti za zaštitu višenaponskih kola.

Mislim da čitateljima neće biti teško da sami shvate kako ova šema funkcionira.

Nakon objavljivanja članka, poštovani korisnik Keroro je u komentarima naveo zaštitno kolo bazirano na tranzistoru sa efektom polja, koji se koristi u iPhoneu 4. Nadam se da neće imati ništa protiv ako svoj post dopunim njegovim pronalaskom.

Prilikom dizajniranja industrijskih uređaja koji podliježu povećanim zahtjevima pouzdanosti, više puta sam se susreo s problemom zaštite uređaja od pogrešnog polariteta priključka za napajanje. Čak i iskusni instalateri ponekad uspiju pobrkati plus sa minusom. Vjerovatno su takvi problemi još akutniji tijekom eksperimenata početnika inženjera elektronike. U ovom članku ćemo razmotriti najjednostavnija rješenja problema - i tradicionalne i rijetko korištene metode zaštite. Najjednostavnije rješenje koje se odmah nameće je povezivanje konvencionalne poluvodičke diode u seriju.
Jednostavno, jeftino i veselo, čini se šta je još potrebno za sreću? Međutim, ova metoda ima vrlo ozbiljan nedostatak - veliki pad napona na otvorenoj diodi.
Ovdje je tipična I-V karakteristika za direktno povezivanje diode. Pri struji od 2 A, pad napona će biti približno 0,85 volti. U slučaju niskonaponskih kola od 5 volti i manje, ovo je vrlo značajan gubitak. Kod viših napona takav pad igra manju ulogu, ali postoji još jedan neugodan faktor. U krugovima s velikom potrošnjom struje, dioda će raspršiti vrlo značajnu snagu. Dakle, za kućište prikazano na gornjoj slici, dobijamo: 0,85V x 2A = 1,7W Snaga koju dioda troši je već previše za takvo kućište i značajno će se zagrijati! Međutim, ako ste spremni odvojiti se s malo više novca, onda možete koristiti Schottky diodu, koja ima manji pad napona.
Ovdje je tipična I-V karakteristika za Schottky diodu. Izračunajmo disipaciju snage za ovaj slučaj 0,55V x 2A = 1,1W Ovo je nešto bolje. Ali šta učiniti ako vaš uređaj troši još ozbiljniju struju? Ponekad se diode postavljaju paralelno s uređajem u obrnutom spoju, koje bi trebale pregorjeti ako se napon napajanja pomiješa i dovede do kratkog spoja. U tom slučaju vaš uređaj će najvjerovatnije pretrpjeti minimalno oštećenje, ali može doći do kvara napajanja, a da ne govorimo o tome da će se sama zaštitna dioda morati zamijeniti, a uz to mogu biti oštećene i staze na ploči. Jednom riječju, ova metoda je za ekstremne ljude Međutim, postoji još jedan malo skuplji, ali vrlo jednostavan i lišen gore navedenih nedostataka način zaštite - korištenje tranzistora s efektom polja. U proteklih 10 godina, parametri ovih poluvodičkih uređaja su se dramatično poboljšali, ali je cijena, naprotiv, značajno pala. Možda se činjenica da se izuzetno rijetko koriste za zaštitu kritičnih kola od pogrešnog polariteta napajanja u velikoj mjeri može objasniti inercijom razmišljanja. Razmotrite sljedeći dijagram:
Kada se uključi napajanje, napon na opterećenje prolazi kroz zaštitnu diodu. Pad na njemu je prilično velik - u našem slučaju oko volta. Međutim, kao rezultat, između kapije i izvora tranzistora nastaje napon koji prelazi granični napon i tranzistor se otvara. Otpor izvor-odvod naglo se smanjuje i struja počinje teći ne kroz diodu, već kroz otvoreni tranzistor.
Pređimo na pojedinosti. Na primjer, za tranzistor FQP47Z06, tipični otpor kanala bit će 0,026 Ohma! Lako je izračunati da će snaga koju troši tranzistor za naš slučaj biti samo 25 milivata, a pad napona je blizu nule! Kada promijenite polaritet izvora napajanja, struja neće teći u krugu. Među nedostacima kruga, možda se može primijetiti da takvi tranzistori nemaju vrlo visok napon proboja između kapije i izvora, ali se malim kompliciranjem kruga može koristiti za zaštitu višenaponskih kola.
Mislim da čitaocima neće biti teško da sami odgonetnu kako ovo kolo radi nakon objave članka, poštovani korisnik Keroro je u komentarima dao zaštitno kolo bazirano na tranzistoru sa efektom polja, koji se koristi u radu. iPhone 4. Nadam se da mu neće smetati ako dopunim svoj post njegovim otkrićem.