Акб с обратной полярностью

В устройствах с батарейным питанием, в которых есть сменные батареи, обычно необходимо предотвращать неправильное подключение батарей, чтобы предотвратить повреждение электроники, случайное короткое замыкание или другую ненадлежащую работу. Если это невозможно физическим способом, необходимо включить электронную защиту от обратного тока. Физическая защита может просто означать поляризованный разъем или батарею со смещенными соединениями (как в большинстве литиевых батарей мобильного телефона) в сочетании с инструктивными символами и рисунками.Для батарей размера AAA или AA есть держатели, которые сконструированы таким образом, что если батарея установлена ​​неправильно, один конец не соприкоснется. Все еще существуют обстоятельства, когда физические средства невозможны, например, для большинства монетных ячеек или если пользователь может подключать питание проводами к винтовым клеммным колодкам. Следовательно, это может относиться и к устройствам без батарей, а также, вероятно, к автомобильной электронике.
Следовательно, разработчики и производители электронных продуктов должны обеспечить, чтобы обратный ток b и ток обратного тока и напряжение обратного смещения были достаточно низкими, чтобы предотвратить повреждение как самой батареи, так и внутренней электроники продукта.

Почему бы не использовать простой диод?

Использование диода в качестве защиты от обратной полярности питания, как показано в Цепь 1 - это очень простое и надежное решение, если вы можете позволить себе потерю энергии. Скорее всего, с устройством с батарейным питанием вы не хотите тратить энергию, особенно если ваше напряжение питания уже достаточно низкое и поэтому падение напряжения на 0,3 В или 0,4 В от диода Шоттки будет значительным и неприемлемым. Для более высоких напряжений питания в диапазоне 9В-48В и автомобильных приложений небольшое падение напряжения может не иметь значения, особенно если ток низкий.При больших токах, выше 5 А, повышение температуры из-за больших потерь мощности может быть проблемой. Вы не хотите, чтобы диод становился слишком горячим, поэтому, скорее всего, потребуется добавить радиатор.

Цена диода Шоттки выше, чем обычного диода, но потери значительно ниже. Имейте в виду, что многие диоды Шоттки имеют довольно большую утечку обратного тока, поэтому убедитесь, что вы выбрали один с низким обратным током (около 100 мкА будет хорошо) в цепи защиты аккумулятора.
При 5 А потери мощности в диоде Шоттки обычно составляют: 5 х 0,4 В = 2 Вт по сравнению с обычным диодом: 5 х 0,7 В = 3,5 Вт.

Хорошим подходящим диодом для использования в приложениях защиты от обратного тока является новый тип диодов, называемый Super Barrier Rectifier (SBR), который является запатентованной и запатентованной технологией Diodes Inc., которая использует производственный процесс MOS (традиционный Шоттки использует биполярный процесс) создать превосходное двухполюсное устройство, которое имеет более низкое прямое напряжение (VF), чем сопоставимые диоды Шоттки, в то же время обладая термостабильностью и высокими характеристиками надежности эпитаксиальных диодов PN.Диод
Super Barrier Rectifier (SBR) предназначен для приложений с высокой мощностью, малыми потерями и быстрым переключением. Наличие канала MOS в его структуре образует низкопотенциальный барьер для большинства несущих, поэтому работа прямого смещения SBR при низком напряжении аналогична диоду Шоттки. Однако ток утечки ниже, чем у диода Шоттки при обратном смещении из-за перекрытия слоев истощения P-N и отсутствия снижения потенциального барьера из-за заряда изображения.
ОТКРЫТИЕ СУПЕР БАРЬЕРНЫХ ОТКРЫТОК (SBRT).
Trench SBR - это следующая эволюция, которая дает нам производительность в семействе SBR. Используя высоко продвинутую траншейную технологию, SBRT предлагает еще меньшую VF для приложений, где важны сверхнизкие прямые напряжения. В то время как дальнейшие технологические усовершенствования постоянно применяются к SBRT, эти усилия приводят к появлению еще более продвинутого и мощного члена - SBRTF. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите веб-сайт Diodes Inc.

с использованием N-канального MOS-FET

Самые последние N-МОП-транзисторы имеют ОЧЕНЬ с низким сопротивлением, намного ниже, чем типы P-канала, и поэтому идеально подходят для обеспечения защиты от обратного тока с минимальными потерями. Контур 3 показывает NMOS FET с низкой стороны на пути возврата земли. Диод корпуса FET ориентирован в направлении нормального тока. Если батарея установлена ​​неправильно, напряжение на затворе NMOS FET низкое, что не позволяет ему включиться.

Если батарея установлена ​​правильно и на портативное оборудование подается питание, напряжение на затворе NMOS FET повышается и его канал замыкает диод. При использовании NMOS FET падение напряжения RdsOn × ILOAD наблюдается на пути возврата земли.Некоторые из последних пороговых напряжений N-FET и RdsOn, используемые для защиты от обратного тока, перечислены в , Таблица 1, и более высокие типы тока в , Таблица 3, далее по этой странице.

Таблица 1.
Недостатки:
Вставка N-MOSFET в цепь заземления приведет к сдвигу заземления, который может быть неприемлемым во всех применениях. Это может вызвать проблемы для чувствительных приложений (например, для автомобильных систем) с одним или несколькими подключениями к, возможно, датчикам, коммуникационным шинам и исполнительным механизмам, внешним по отношению к цепи.

Чтобы использовать N-MOSFET в качестве устройства защиты от обратного тока в тракте питания высокого уровня, для включения MOSFET требуется напряжение затвора, превышающее напряжение аккумулятора.Это требует контура подкачки заряда, что увеличивает сложность контура и стоимость компонентов, а также может создавать проблемы электромагнитных помех. P-канальный MOSFET сопоставимого размера будет иметь более высокое RdsOn и, следовательно, более высокие потери мощности, но может быть реализован с помощью более простой схемы возбуждения, содержащей стабилитрон и резистор.

Обратная защита с использованием P-канального МОП-транзистора

Последние МОП-транзисторы имеют очень низкое сопротивление и поэтому идеально подходят для обеспечения защиты от обратного тока с минимальными потерями. Цепь 2 показывает PMOS FET на стороне высокого уровня в цепи питания. Диод корпуса FET ориентирован в направлении нормального тока. Если батарея установлена ​​неправильно, напряжение на затворе PMOS FET высокое, что не позволяет ему включиться.

Стабилитрон защищает от превышения рекомендованного напряжения затвор-источник и может не потребоваться в зависимости от диапазона входного напряжения и используемого МОП-транзистора. Чтобы защитить от возможных скачков напряжения и переходных процессов от разрушения MOSFET, на вход можно добавить пару транзисторных диодов, как показано на рис.3. Конденсатор между затвором и источником добавлен, чтобы обеспечить хорошую работу схемы при быстром изменении полярности входного напряжения.
Если батарея установлена ​​правильно и на портативное оборудование подается питание, напряжение на затворе PMOS FET снижается, а его канал замыкает диод.
Падение напряжения RdsOn × ILOAD видно на пути питания. В прошлом основным недостатком этих схем была высокая стоимость полевых транзисторов с низким пороговым напряжением. Тем не менее, достижения в области обработки полупроводников привели к появлению полевых транзисторов, которые обеспечивают минимальные потери в небольших упаковках.Некоторые из пороговых напряжений последнего поколения P-FET и RdsOn показаны в таблице 2.

Таблица 2.

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LM74610

LM74610-Q1 - это устройство контроллера, которое можно использовать с N-канальным МОП-транзистором в схеме защиты от обратной полярности. Он предназначен для управления внешним полевым МОП-транзистором для эмуляции идеального диодного выпрямителя при последовательном соединении с источником питания. Уникальным преимуществом этой схемы является то, что она не привязана к земле и поэтому имеет нулевой Iq. Контроллер LM74610-Q1 обеспечивает привод затвора для внешнего N-канального MOSFET и внутренний компаратор с быстрым откликом для разряда затвора MOSFET в случае обратной полярности.Эта функция быстрого понижения ограничивает величину и длительность обратного тока, если обнаруживается противоположная полярность. Конструкция устройства также соответствует техническим требованиям к электромагнитным помехам CISPR25 класса 5 и требованиям к переходным процессам ISO7637 для автомобилей с подходящим диодом TVS.

LM74610 - это контроллер с нулевым Iq, который в сочетании с внешним N-канальным MOSFET заменяет диодное или P-MOSFET решение с обратной полярностью в энергосистемах. Напряжение между источником и стоком MOSFET постоянно контролируется контактами LM74610-Q1 ANODE и CATHODE.Внутренний зарядный насос используется для обеспечения привода GATE для внешнего MOSFET. , Эта накопленная энергия используется для управления воротами MOSFET. Падение напряжения зависит от RDSON конкретного используемого MOSFET, который значительно меньше, чем PFET. LM74610-Q1 не имеет заземления, что делает его идентичным диоду. TZ1 и TZ2 не требуются для LM74610-Q1. Тем не менее, они обычно используются для ограничения положительного и отрицательного скачков напряжения соответственно. Выходной конденсатор Cout рекомендуется для защиты от мгновенного падения напряжения на выходе в результате нарушения работы линии.C1 и C2 подавляют высокочастотный шум в дополнение к функции ESD-зажимов.

MOSFET Выбор:

LM74610-Q1 может обеспечить до 5 В напряжения на затворе к источнику (VGS). Важными электрическими параметрами MOSFET являются максимальный непрерывный ID тока стока, максимальное напряжение VDS (MAX) сток-исток и сопротивление RDSON сток-исток. Максимальный ток непрерывного стока, ID, номинал должен превышать максимальный ток непрерывной нагрузки. Номинальное значение максимального тока через диод корпуса IS обычно оценивается как то же самое или немного выше, чем ток стока, но ток диода корпуса протекает только в течение небольшого периода времени, когда заряжается конденсатор накачки заряда.Напряжение на корпусе диода MOSFET должно быть выше 0,48 В при слабом токе. Напряжение на диоде корпуса для MOFET обычно уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Это увеличит требования к току источника для достижения минимального напряжения на выходе диода из корпуса к источнику для запуска зарядного насоса. Максимальное напряжение «сток-исток», VDS (MAX), должно быть достаточно высоким, чтобы выдерживать самое высокое дифференциальное напряжение, наблюдаемое в приложении. Это будет включать в себя любые ожидаемые неисправности.LM74610-Q1 не имеет положительного ограничения напряжения, однако рекомендуется использовать полевые МОП-транзисторы с номинальным напряжением около 45 В для автомобильных применений.

В таблице 3 приведены примеры рекомендуемых полевых МОП-транзисторов с LM74610:

ТАБЛИЦА 3

Защита от обратного тока батареи с использованием интегральной схемы LTC4359

LTC®4359 - это положительный высоковольтный идеальный диодный контроллер, который управляет внешним N-канальным МОП-транзистором для замены диода Шоттки.Он контролирует падение прямого напряжения на MOSFET, чтобы обеспечить плавную подачу тока без колебаний даже при небольших нагрузках. В случае сбоя или короткого замыкания источника питания быстрое отключение минимизирует переходные процессы обратного тока. Режим отключения доступен для уменьшения тока покоя до 9 мкА для переключателя нагрузки и до 14 мкА для идеальных приложений с диодами. При использовании в сильноточных диодах, LTC4359 снижает энергопотребление, теплоотдачу, потери напряжения и площадь платы ПК. Благодаря широкому диапазону рабочего напряжения, способности выдерживать обратное входное напряжение и высокой температуре, LTC4359 удовлетворяет жестким требованиям как автомобильной, так и телекоммуникационной приложений.LTC4359 также легко ИЛИ источники питания в системах с резервными источниками питания.
Операция:
LTC4359 управляет внешним N-канальным MOSFET для формирования идеального диода. Усилитель GATE (см. Блок-схему) распознает входы и выходы и управляет затвором полевого транзистора, чтобы регулировать прямое напряжение до 30 мВ. При увеличении тока нагрузки GATE поднимается выше, пока не будет достигнута точка, при которой полевой МОП-транзистор полностью включен. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к прямому падению RdsOn x ILOAD.Если ток нагрузки уменьшается, усилитель GATE опускает затвор MOSFET ниже, чтобы поддерживать падение на 30 мВ. Если входное напряжение снижается до точки, где прямое падение 30 мВ не может поддерживаться, усилитель GATE отключает MOSFET.
В случае быстрого падения входного напряжения, такого как короткое замыкание на входе или скачок отрицательного напряжения, обратный ток временно протекает через полевой МОП-транзистор. Этот ток обеспечивается любой емкостью нагрузки и другими источниками питания или батареями, которые питают выход в приложениях диодного ИЛИ.FPD COMP (быстрый понижающий компаратор) быстро реагирует на это состояние, выключая MOSFET за 300 нс, тем самым сводя к минимуму помехи для выходной шины. Контакты IN, SOURCE, GATE и SHDN защищены от обратных входов до –40 В. Внутренний компаратор обнаруживает отрицательные входные потенциалы на выводе SOURCE и быстро переводит GATE в SOURCE, выключая MOSFET и изолируя нагрузку от отрицательного входа. При низком значении вывод SHDN отключает большую часть внутренней схемы, уменьшая ток покоя до 9 мкА и удерживая MOSFET выключенным.Вывод SHDN может быть либо высоко поднят, либо оставлен открытым, чтобы включить LTC4359. Если оставить открытым, внутренний источник тока 2,6 мкА поднимает уровень SHDN.
Информация о приложениях:
Блокирующие диоды обычно размещаются последовательно с входами питания с целью ИЛИ резервирования источников питания и защиты от перебоя питания. LTC4359 заменяет диоды в этих приложениях полевым МОП-транзистором, чтобы уменьшить как падение напряжения, так и потери мощности, связанные с пассивным решением. Кривая, показанная на странице 1, иллюстрирует резкое улучшение потерь мощности, достигаемое при практическом применении.Это обеспечивает значительную экономию площади платы за счет значительного уменьшения рассеивания мощности в проходном устройстве. При низких входных напряжениях уменьшение потерь прямого напряжения легко оценить в местах с ограниченным запасом, как показано на рисунке 2.
LTC4359 работает от 4 В до 80 В и выдерживает абсолютный максимальный диапазон от -40 В до 100 В без повреждений. В автомобильных приложениях LTC4359 работает через сброс нагрузки, холодный пуск и скачки двух аккумуляторов и выдерживает обратные подключения аккумуляторов, одновременно защищая нагрузку.
Применение идеального диода 12 В / 20 А показано в схеме 5 .

Несколько внешних компонентов включены в дополнение к MOSFET, Q1. Идеальные диоды, как и их неидеальные аналоги, демонстрируют поведение, известное как обратное восстановление. В сочетании с паразитными или преднамеренно вводимыми индуктивностями идеальные диоды во время коммутации могут генерировать всплески обратного восстановления. D1, D2 и R1 защищают от этих пиков, которые в противном случае могли бы превысить рейтинг выживания LTC4359 от -40 В до 100 В.COUT также играет роль в поглощении энергии обратного восстановления. Пики и схемы защиты подробно обсуждаются в разделе «Ошибки короткого замыкания входа».
Важно отметить, что вывод SHDN, отключая LTC4359 и снижая его потребление тока до 9 мкА, не отключает нагрузку от входа, поскольку диод на корпусе Q1 присутствует всегда. Второй MOSFET требуется для приложений переключения нагрузки.

Заключение

Использование проприетарного чипа, такого как LTC4349 и theLM74610, экономит часть проектной работы, поэтому у вас будет рабочее решение с меньшими усилиями - но с более высокой стоимостью компонентов по сравнению с дискретным решением.И, если вы разрабатываете для автомобильного приложения, вы должны убедиться, что ваш дизайн соответствует требованиям соответствующих стандартов, таких как ISO7637-2.

Смотрите также

• 
  Электронный спидометр своими руками
• 
  Объем бака газ 32213
• 
  Тахограф цифровой карта
• 
  Как без ошибок сдать вождение по городу
• 
  Замена переднего подшипника ступицы
• 
  Что такое цепь
• 
  Горит абс на приоре в чем проблема
• 
  Двигатель не набирает обороты причина дизельный
• 
  Регистрационный номер автомобиля
• 
  Можно ли восстановить птс на машину
• 
  Как восстановить присоску