Ao projetar dispositivos industriais que estão sujeitos a maiores requisitos de confiabilidade, encontrei mais de uma vez o problema de proteger o dispositivo contra polaridade incorreta da conexão de energia. Mesmo instaladores experientes às vezes conseguem confundir mais com menos. Provavelmente, esses problemas são ainda mais agudos durante os experimentos de engenheiros eletrônicos novatos. Neste artigo, veremos as soluções mais simples para o problema - métodos de proteção tradicionais e raramente usados.

A solução mais simples que surge de imediato é conectar um diodo semicondutor convencional em série com o dispositivo.


Simples, barato e alegre, parece que o que mais é necessário para a felicidade? No entanto, este método tem uma desvantagem muito séria - uma grande queda de tensão no diodo aberto.


Aqui está uma característica IV típica para conexão direta de um diodo. Com uma corrente de 2 Amps, a queda de tensão será de aproximadamente 0,85 volts. No caso de circuitos de baixa tensão de 5 volts e abaixo, esta é uma perda muito significativa. Para tensões mais altas, essa queda desempenha um papel menor, mas há outro fator desagradável. Em circuitos com alto consumo de corrente, o diodo dissipará uma potência muito significativa. Portanto, para o caso mostrado na imagem superior, obtemos:
0,85V x 2A = 1,7W.
A potência dissipada pelo diodo já é demais para tal gabinete e vai esquentar visivelmente!
Porém, se você estiver pronto para gastar um pouco mais de dinheiro, poderá usar um diodo Schottky, que possui uma queda de tensão mais baixa.


Aqui está uma característica IV típica para um diodo Schottky. Vamos calcular a dissipação de energia para este caso.
0,55V x 2A = 1,1W
Já um pouco melhor. Mas o que fazer se o seu aparelho consumir uma corrente ainda mais grave?
Às vezes, os diodos são colocados em paralelo com o dispositivo na conexão reversa, que deve queimar se a tensão de alimentação for confundida e levar a curto-circuito. Nesse caso, seu dispositivo provavelmente sofrerá danos mínimos, mas a fonte de alimentação poderá falhar, sem falar no fato de que o próprio diodo de proteção terá que ser substituído e, com ele, os trilhos da placa poderão ser danificados. Resumindo, este método é para entusiastas de esportes radicais.
No entanto, existe outro método de proteção um pouco mais caro, mas muito simples e desprovido das desvantagens listadas acima - usando transistor de efeito de campo. Nos últimos 10 anos, os parâmetros destes dispositivos semicondutores melhorou acentuadamente, mas o preço, pelo contrário, caiu drasticamente. Talvez o fato de serem extremamente raramente usados ​​​​para proteger circuitos críticos da polaridade incorreta da fonte de alimentação possa ser explicado em grande parte pela inércia do pensamento. Considere o seguinte diagrama:


Quando a energia é aplicada, a tensão para a carga passa através do diodo de proteção. A queda é bastante grande - no nosso caso, cerca de um volt. No entanto, como resultado, é formada uma tensão entre a porta e a fonte do transistor que excede a tensão de corte e o transistor abre. A resistência fonte-dreno diminui drasticamente e a corrente começa a fluir não através do diodo, mas através do transistor aberto.


Vamos passar aos detalhes. Por exemplo, para o transistor FQP47З06, a resistência típica do canal será de 0,026 Ohm! É fácil calcular que a potência dissipada pelo transistor para o nosso caso será de apenas 25 miliwatts, e a queda de tensão é próxima de zero!
Ao alterar a polaridade da fonte de alimentação, nenhuma corrente fluirá no circuito. Entre as deficiências do circuito, talvez se possa notar que tais transistores não possuem uma tensão de ruptura muito alta entre a porta e a fonte, mas por complicar um pouco o circuito, podem ser usados ​​para proteger circuitos de alta tensão.


Acho que não será difícil para os leitores descobrirem por si mesmos como esse esquema funciona.

Após a publicação do artigo, um respeitado usuário nos comentários forneceu um circuito de proteção baseado em um transistor de efeito de campo, que é usado no iPhone 4. Espero que ele não se importe se eu complementar minha postagem com sua descoberta.

MOSFET de canal n + diodo zener de 7,2...15V + resistor de algumas dezenas de quilo-ohms = SEGURANÇA

A tarefa parece trivial. E por que alguém precisaria proteger qualquer produto eletrônico da polaridade reversa da fonte de alimentação?

Infelizmente, um caso insidioso tem mil e uma maneiras de colocar um sinal de menos em vez de um sinal de mais em um dispositivo que você passou muitos dias montando e depurando, e agora ele começou a funcionar.

Darei apenas alguns exemplos de potenciais assassinos de placas de ensaio eletrônicas e também de produtos acabados:

• Fontes de alimentação universais com seus plugues universais, que podem ser conectados tanto com positivo no contato interno quanto com negativo.
• Fontes de alimentação pequenas (como caixas no plugue de alimentação) - todas são produzidas com sinal positivo no contato central, não é? NÃO!
• Qualquer tipo de conector para alimentação sem “chave” mecânica rígida. Por exemplo, “jumpers” de computador convenientes e baratos com passo de 2,54 mm. Ou braçadeiras de parafuso.
• Você gostou deste cenário: anteontem só havia fios preto e azul à mão. Hoje tive certeza que o “menos” é o fio azul. Chpok - isso é um erro. No começo eu queria usar preto e vermelho.
• Sim, apenas se você tiver um dia ruim - misture alguns fios ou conecte-os ao contrário, simplesmente porque estava segurando a placa de cabeça para baixo...

Sempre haverá pessoas (conheço pelo menos duas dessas pimentas) que, olhando diretamente nos olhos, declararão firme e categoricamente que nunca farão uma coisa tão estúpida como inverter a polaridade da fonte de energia! Deus é o juiz deles. Talvez depois de eles próprios montarem e depurarem vários designs originais de sua própria autoria, eles se tornarão mais sábios. Enquanto isso, não vou discutir. Vou apenas dizer o que eu mesmo uso.

Histórias de vida

Eu ainda era muito jovem quando tive que revender 25 dos 27 gabinetes. Felizmente, esses eram bons e velhos microcircuitos DIP.
Desde então, quase sempre coloco um diodo de proteção próximo ao conector de alimentação.

A propósito, o tema proteção contra polaridade incorreta de energia é relevante não apenas na fase de prototipagem.
Recentemente, testemunhei os esforços heróicos de um amigo para restaurar um cortador a laser gigante. A causa da avaria foi um aspirante a técnico que confundiu os fios de alimentação do sensor/estabilizador para o movimento vertical da cabeça de corte. Surpreendentemente, o próprio circuito parece ter sobrevivido (afinal, estava protegido por um diodo em paralelo). Mas depois tudo queimou completamente: amplificadores, algum tipo de lógica, controle de servos...

Esta é talvez a opção mais simples e segura para proteger a carga da polaridade reversa da fonte de alimentação.
Só há uma coisa ruim: a queda de tensão no diodo. Dependendo de qual diodo é usado, ele pode cair de cerca de 0,2V (Schottky) e até 0,7...1V - em diodos retificadores convencionais com junção p-n. Tais perdas podem ser inaceitáveis ​​no caso de uma fonte de alimentação alimentada por bateria ou estabilizada. Além disso, com um consumo de corrente relativamente alto, as perdas de potência no diodo podem ser muito indesejáveis.

Com este tipo de proteção não há perdas durante o funcionamento normal.
Infelizmente, no caso de inversão de polaridade, a fonte de alimentação corre o risco de quebrar. E se a fonte de energia for muito forte, o diodo queimará primeiro e depois todo o circuito que ele protege.
Na minha prática, às vezes usei esse tipo de proteção contra polaridade reversa, principalmente quando tinha certeza de que a fonte de alimentação tinha proteção contra sobrecorrente. Porém, um dia obtive impressões muito nítidas em meus dedos queimados ao tocar no radiador do estabilizador de tensão, que tentava lutar contra um diodo Schottky espesso.

MOSFET de canal p - uma solução bem-sucedida, mas cara

Esta solução relativamente simples praticamente não tem desvantagens: uma queda insignificante de tensão/potência no dispositivo de passagem em operação normal e nenhuma corrente no caso de uma inversão de polaridade.
O único problema: onde conseguir transistores de efeito de campo de canal p de alta qualidade, baratos e de alta potência com uma porta isolada? Se você souber, ficarei grato pela informação 😉
Todas as outras coisas sendo iguais, um MOSFET de canal p em qualquer parâmetro será sempre aproximadamente três vezes pior do que seus equivalentes de canal n. Normalmente, tanto o preço quanto a escolha são piores: resistência de canal aberto, corrente máxima, capacitância de entrada, etc. Este fenômeno é explicado por aproximadamente três vezes menos mobilidade dos buracos do que dos elétrons.

MOSFET de canal n - a melhor proteção

Não é nada difícil obter um poderoso transistor CMOS de canal n de baixa tensão hoje em dia, às vezes você pode até obtê-los de graça (mais sobre isso mais tarde;). Então, para garantir uma queda insignificante canal aberto para qualquer corrente de carga imaginável - um pouco.

MOSFET canal N + diodo zener de 7,2...15V + resistor de algumas dezenas de quilo-ohms = SEGURANÇA

Assim como em um circuito com MOSFET de canal p, se a fonte estiver conectada incorretamente, tanto a carga quanto a fonte infeliz estarão fora de perigo.

A única “desvantagem” que um leitor atento pode perceber neste esquema de proteção é que a proteção está incluída no chamado. "fio terra.
Pode ser realmente inconveniente se estiver em construção sistema grande com uma "estrela" de terra. Mas, neste caso, basta fornecer a mesma proteção nas imediações da fonte de alimentação. Se esta opção não for adequada, provavelmente haverá maneiras de fornecer a um sistema tão complexo conectores de alimentação exclusivos com chaves mecânicas confiáveis, ou instalar um “constante” ou pelo menos “aterramento” sem conectores.

Cuidado: eletricidade estática!

Todos nós já fomos avisados ​​muitas vezes de que os transistores de efeito de campo têm medo de descargas estáticas. Isto é verdade. Normalmente, o portão pode suportar 15...20 Volts. Um pouco mais alto - e a destruição irreversível do isolador é inevitável. Ao mesmo tempo, há casos em que o operador de campo parece ainda estar funcionando, mas os parâmetros estão piores e o dispositivo pode falhar a qualquer momento.
Felizmente (e infelizmente), poderosos transistores de efeito de campo têm grandes capacitâncias entre a porta e o resto do cristal: de centenas de picofarads a vários nanofarads e muito mais. Portanto, a descarga do corpo humano muitas vezes é suportada sem problemas - a capacidade é grande o suficiente para que a carga drenada não cause um aumento perigoso de tensão. Portanto, ao trabalhar com trabalhadores de campo poderosos, muitas vezes é suficiente observar o mínimo de cuidado em termos de eletrostática e tudo ficará bem :)

Eu não estou sozinho

O que descrevo aqui é, sem dúvida, uma prática bem conhecida. Mas se ao menos esses desenvolvedores da indústria militar tivessem o hábito de publicar seus projetos de circuitos em blogs...
Aqui está o que encontrei na Internet:

>> Acredito que seja uma prática padrão usar um canal N
>> MOSFET no cabo de retorno de fontes de alimentação militares (entrada 28V).
>> Dreno para alimentação do negativo, fonte para o negativo da PSU e
>> o portão acionado por uma derivada protegida da oferta positiva.
1600 Hz, assentados em uma placa, também estão protegidos:

Boas experiências!

Você ficou interessado? Escreva para mim!

Pergunte, sugira: nos comentários ou em mensagem pessoal. Obrigado!

Tudo de bom para você!

Sergei Patrushin.

Ao projetar dispositivos industriais que estão sujeitos a maiores requisitos de confiabilidade, encontrei mais de uma vez o problema de proteger o dispositivo contra polaridade incorreta da conexão de energia. Mesmo instaladores experientes às vezes conseguem confundir mais com menos. Provavelmente, esses problemas são ainda mais agudos durante os experimentos de engenheiros eletrônicos novatos. Neste artigo, veremos as soluções mais simples para o problema - métodos de proteção tradicionais e raramente usados.

A solução mais simples que surge de imediato é conectar um diodo semicondutor convencional em série com o dispositivo.


Simples, barato e alegre, parece que o que mais é necessário para a felicidade? No entanto, este método tem uma desvantagem muito séria - uma grande queda de tensão no diodo aberto.


Aqui está uma característica IV típica para conexão direta de um diodo. Com uma corrente de 2 Amps, a queda de tensão será de aproximadamente 0,85 volts. No caso de circuitos de baixa tensão de 5 volts e abaixo, esta é uma perda muito significativa. Para tensões mais altas, essa queda desempenha um papel menor, mas há outro fator desagradável. Em circuitos com alto consumo de corrente, o diodo dissipará uma potência muito significativa. Portanto, para o caso mostrado na imagem superior, obtemos:
0,85V x 2A = 1,7W.
A potência dissipada pelo diodo já é demais para tal gabinete e vai esquentar visivelmente!
Porém, se você estiver pronto para gastar um pouco mais de dinheiro, poderá usar um diodo Schottky, que possui uma queda de tensão mais baixa.


Aqui está uma característica IV típica para um diodo Schottky. Vamos calcular a dissipação de energia para este caso.
0,55V x 2A = 1,1W
Já um pouco melhor. Mas o que fazer se o seu aparelho consumir uma corrente ainda mais grave?
Às vezes, os diodos são colocados em paralelo com o dispositivo na conexão reversa, que deve queimar se a tensão de alimentação for confundida e causar um curto-circuito. Nesse caso, seu dispositivo provavelmente sofrerá danos mínimos, mas a fonte de alimentação poderá falhar, sem falar no fato de que o próprio diodo de proteção terá que ser substituído e, com ele, os trilhos da placa poderão ser danificados. Resumindo, este método é para entusiastas de esportes radicais.
No entanto, existe outro método de proteção um pouco mais caro, mas muito simples e desprovido das desvantagens listadas acima - usando um transistor de efeito de campo. Nos últimos 10 anos, os parâmetros desses dispositivos semicondutores melhoraram dramaticamente, mas o preço, pelo contrário, caiu significativamente. Talvez o fato de serem extremamente raramente usados ​​​​para proteger circuitos críticos da polaridade incorreta da fonte de alimentação possa ser explicado em grande parte pela inércia do pensamento. Considere o seguinte diagrama:


Quando a energia é aplicada, a tensão para a carga passa através do diodo de proteção. A queda é bastante grande - no nosso caso, cerca de um volt. No entanto, como resultado, é formada uma tensão entre a porta e a fonte do transistor que excede a tensão de corte e o transistor abre. A resistência fonte-dreno diminui drasticamente e a corrente começa a fluir não através do diodo, mas através do transistor aberto.


Vamos passar aos detalhes. Por exemplo, para o transistor FQP47З06, a resistência típica do canal será de 0,026 Ohm! É fácil calcular que a potência dissipada pelo transistor para o nosso caso será de apenas 25 miliwatts, e a queda de tensão é próxima de zero!
Ao alterar a polaridade da fonte de alimentação, nenhuma corrente fluirá no circuito. Entre as deficiências do circuito, talvez se possa notar que tais transistores não possuem uma tensão de ruptura muito alta entre a porta e a fonte, mas por complicar um pouco o circuito, podem ser usados ​​para proteger circuitos de alta tensão.


Acho que não será difícil para os leitores descobrirem por si mesmos como esse esquema funciona.

Após a publicação do artigo, o respeitado usuário Keroro nos comentários forneceu um circuito de proteção baseado em um transistor de efeito de campo, que é usado no iPhone 4. Espero que ele não se importe se eu complementar minha postagem com sua descoberta.

Ao projetar dispositivos industriais que estão sujeitos a maiores requisitos de confiabilidade, encontrei mais de uma vez o problema de proteger o dispositivo contra polaridade incorreta da conexão de energia. Mesmo instaladores experientes às vezes conseguem confundir mais com menos. Provavelmente, esses problemas são ainda mais agudos durante os experimentos de engenheiros eletrônicos novatos. Neste artigo, veremos as soluções mais simples para o problema - métodos de proteção tradicionais e raramente usados.

A solução mais simples que surge de imediato é conectar um diodo semicondutor convencional em série com o dispositivo.

Simples, barato e alegre, parece que o que mais é necessário para a felicidade? No entanto, este método tem uma desvantagem muito séria - uma grande queda de tensão no diodo aberto.

Aqui está uma característica IV típica para conexão direta de um diodo. Com uma corrente de 2 Amps, a queda de tensão será de aproximadamente 0,85 volts. No caso de circuitos de baixa tensão de 5 volts e abaixo, esta é uma perda muito significativa. Para tensões mais altas, essa queda desempenha um papel menor, mas há outro fator desagradável. Em circuitos com alto consumo de corrente, o diodo dissipará uma potência muito significativa. Portanto, para o caso mostrado na imagem superior, obtemos:

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

A potência dissipada pelo diodo já é demais para tal gabinete e vai esquentar visivelmente!
Porém, se você estiver pronto para gastar um pouco mais de dinheiro, poderá usar um diodo Schottky, que possui uma queda de tensão mais baixa.

Aqui está uma característica IV típica para um diodo Schottky. Vamos calcular a dissipação de energia para este caso.

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

Já um pouco melhor. Mas o que fazer se o seu aparelho consumir uma corrente ainda mais grave?

Às vezes, os diodos são colocados em paralelo com o dispositivo na conexão reversa, que deve queimar se a tensão de alimentação for confundida e causar um curto-circuito. Nesse caso, seu dispositivo provavelmente sofrerá danos mínimos, mas a fonte de alimentação poderá falhar, sem falar no fato de que o próprio diodo de proteção terá que ser substituído e, com ele, os trilhos da placa poderão ser danificados. Resumindo, este método é para entusiastas de esportes radicais.

No entanto, existe outro método de proteção um pouco mais caro, mas muito simples e desprovido das desvantagens listadas acima - usando um transistor de efeito de campo. Nos últimos 10 anos, os parâmetros desses dispositivos semicondutores melhoraram dramaticamente, mas o preço, pelo contrário, caiu significativamente. Talvez o fato de serem extremamente raramente usados ​​​​para proteger circuitos críticos da polaridade incorreta da fonte de alimentação possa ser explicado em grande parte pela inércia do pensamento. Considere o seguinte diagrama:

Quando a energia é aplicada, a tensão para a carga passa através do diodo de proteção. A queda é bastante grande - no nosso caso, cerca de um volt. No entanto, como resultado, é formada uma tensão entre a porta e a fonte do transistor que excede a tensão de corte e o transistor abre. A resistência fonte-dreno diminui drasticamente e a corrente começa a fluir não através do diodo, mas através do transistor aberto.

Vamos passar aos detalhes. Por exemplo, para o transistor FQP47З06, a resistência típica do canal será de 0,026 Ohm! É fácil calcular que a potência dissipada pelo transistor para o nosso caso será de apenas 25 miliwatts, e a queda de tensão é próxima de zero!

Ao alterar a polaridade da fonte de alimentação, nenhuma corrente fluirá no circuito. Entre as deficiências do circuito, talvez se possa notar que tais transistores não possuem uma tensão de ruptura muito alta entre a porta e a fonte, mas por complicar um pouco o circuito, podem ser usados ​​para proteger circuitos de alta tensão.

Acho que não será difícil para os leitores descobrirem por si mesmos como esse esquema funciona.

Após a publicação do artigo, o respeitado usuário Keroro nos comentários forneceu um circuito de proteção baseado em um transistor de efeito de campo, que é usado no iPhone 4. Espero que ele não se importe se eu complementar minha postagem com sua descoberta.

Ao projetar dispositivos industriais que estão sujeitos a maiores requisitos de confiabilidade, encontrei mais de uma vez o problema de proteger o dispositivo contra polaridade incorreta da conexão de energia. Mesmo instaladores experientes às vezes conseguem confundir mais com menos. Provavelmente, esses problemas são ainda mais agudos durante os experimentos de engenheiros eletrônicos novatos. Neste artigo, consideraremos as soluções mais simples para o problema - métodos de proteção tradicionais e raramente usados. A solução mais simples que surge imediatamente é conectar um diodo semicondutor convencional em série com o dispositivo.
Simples, barato e alegre, parece que o que mais é necessário para a felicidade? No entanto, este método tem uma desvantagem muito séria - uma grande queda de tensão no diodo aberto.
Aqui está uma característica IV típica para conexão direta de um diodo. Com uma corrente de 2 Amps, a queda de tensão será de aproximadamente 0,85 volts. No caso de circuitos de baixa tensão de 5 volts e abaixo, esta é uma perda muito significativa. Para tensões mais altas, essa queda desempenha um papel menor, mas há outro fator desagradável. Em circuitos com alto consumo de corrente, o diodo dissipará uma potência muito significativa. Portanto, para o caso mostrado na imagem superior, obtemos: 0,85V x 2A = 1,7W A potência dissipada pelo diodo já é demais para tal caso e ele irá aquecer visivelmente! Porém, se você estiver pronto para gastar um pouco mais de dinheiro, poderá usar um diodo Schottky, que possui uma queda de tensão mais baixa.
Aqui está uma característica IV típica para um diodo Schottky. Vamos calcular a dissipação de energia para este caso 0,55V x 2A = 1,1W. Isso é um pouco melhor. Mas o que fazer se o seu aparelho consumir uma corrente ainda mais grave? Às vezes, os diodos são colocados em paralelo com o dispositivo na conexão reversa, que deve queimar se a tensão de alimentação for confundida e causar um curto-circuito. Nesse caso, seu dispositivo provavelmente sofrerá danos mínimos, mas a fonte de alimentação poderá falhar, sem falar no fato de que o próprio diodo de proteção terá que ser substituído e, com ele, os trilhos da placa poderão ser danificados. Em uma palavra, este método é para pessoas extremas. No entanto, existe outro método de proteção um pouco mais caro, mas muito simples e desprovido das desvantagens mencionadas acima - usando um transistor de efeito de campo. Nos últimos 10 anos, os parâmetros desses dispositivos semicondutores melhoraram dramaticamente, mas o preço, pelo contrário, caiu significativamente. Talvez o fato de serem extremamente raramente usados ​​​​para proteger circuitos críticos da polaridade incorreta da fonte de alimentação possa ser explicado em grande parte pela inércia do pensamento. Considere o seguinte diagrama:
Quando a energia é aplicada, a tensão para a carga passa através do diodo de proteção. A queda é bastante grande - no nosso caso, cerca de um volt. No entanto, como resultado, é formada uma tensão entre a porta e a fonte do transistor que excede a tensão de corte e o transistor abre. A resistência fonte-dreno diminui drasticamente e a corrente começa a fluir não através do diodo, mas através do transistor aberto.
Vamos passar aos detalhes. Por exemplo, para o transistor FQP47З06, a resistência típica do canal será de 0,026 Ohm! É fácil calcular que a potência dissipada pelo transistor para o nosso caso será de apenas 25 miliwatts, e a queda de tensão é próxima de zero! Ao alterar a polaridade da fonte de alimentação, nenhuma corrente fluirá no circuito. Entre as deficiências do circuito, talvez se possa notar que tais transistores não possuem uma tensão de ruptura muito alta entre a porta e a fonte, mas por complicar um pouco o circuito, podem ser usados ​​para proteger circuitos de alta tensão.
Acho que não será difícil para os leitores descobrirem por si mesmos como esse circuito funciona. Após a publicação do artigo, o respeitado usuário Keroro forneceu nos comentários um circuito de proteção baseado em um transistor de efeito de campo, que é usado no. iPhone 4. Espero que ele não se importe se eu complementar minha postagem com sua descoberta.