При проектуванні промислових приладів, до яких пред'являються підвищені вимоги щодо надійності, я не раз стикався з проблемою захисту пристрою від неправильної полярності підключення харчування. Навіть досвідчені монтажники часом примудряються переплутати плюс з мінусом. Напевно ще більш гостро подібні проблеми стоять в ході експериментів електронників-початківців. У цій статті розглянемо найпростіші рішення проблеми - як традиційні, так і рідко застосовувані на практиці методи захисту.
Найпростіше рішення, яке напрошується з ходу - включення послідовно з приладом звичайного напівпровідникового діоду.
Просто, дешево і сердито, здавалося б чого ще потрібно для щастя? Однак, у такого способу є дуже серйозний недолік - велика напруга падіння на відкритому діоді.
Ось типова ВАХ для прямого включення діоду. При струмі в 2 Ампера напруга падіння складе приблизно 0.85 вольт. У разі низьковольтних ланцюгів 5 вольт і нижче це дуже суттєва втрата. Для більш високовольтних таке падіння відіграє меншу роль, але є ще один неприємний фактор. У ланцюгах з високим струмом споживання на діоді буде розсіюватися досить значна потужність. Так для випадку, зображеного на верхній картинці, отримаємо:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Розсіювана на діоді потужність вже забагато для такого корпусу і він буде відчутно грітися!
Втім, якщо ви готові розлучитися з дещо більшими грошима, то можна застосувати діод Ауд тки, який має меншу напругу падіння.
Ось типова ВАХ для діоду Ауд тки. Підрахуємо розсіювану потужність для цього випадку.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Вже трохи краще. Але що робити, якщо ваш пристрій споживає ще більш серйозний струм?
Іноді паралельно пристрою ставлять діоди в зворотному включенні, які повинні згоріти якщо переплутати напругу живлення і привести до короткого замикання. Ваш пристрій при цьому швидше за все зазнає мінімум пошкоджень, але може вийти з ладу джерело живлення, не кажучи вже про те, що сам захисний діод доведеться замінити, а разом з ним можуть і доріжки на платі пошкодитися. Словом цей спосіб для екстрималів.
Однак, є ще один дещо більш витратний, але досить простий і позбавлений перерахованих вище недоліків спосіб захисту - за допомогою польового транзистора. За останні 10 років параметри цих напівпровідникових приладів різко покращилися, а ціна навпаки сильно впала. Мабуть те, що їх вкрай рідко використовують для захисту відповідальних ланцюгів від неправильної полярності подачі харчування можна пояснити багато в чому інерцією мислення. Розглянемо наступну схему:
При подачі харчування напруга на навантаження проходить через захисний діод. Падіння на ньому досить велике - в нашому випадку біля вольту. Однак у результаті між затвором і витоком транзистора утворюється напруга, що перевищує напругу відсічки і транзистор відкривається. Опір виток-стік різко зменшується і струм починає текти вже не через діод, а через відкритий транзистор.
Перейдемо до конкретики. Наприклад для транзистора FQP47З06 типовий опір каналу складатиме 0.026 Ом! Неважко розрахувати що розсіювана при цьому на транзисторі потужність для нашого випадку буде всього 25 міліват, а падіння напруга близько до нуля!
При зміні полярності джерела живлення струм в ланцюгу текти не буде. З недоліків схеми можна мабуть відзначити хіба те, що подібні транзистори мають не надто велику пробивну напругу між затвором і витоком, але злегка ускладнивши схему можна застосувати її для захисту більш високовольтних ланцюгів.
Думаю читачам не складе труднощів самим розібратися як працює ця схема.
Вже після публікації статті шановний користувач Keroro в коментарях навів схему захисту на основі польового транзистора, яка застосовується в iPhone 4. Сподіваюся він не буде заперечувати якщо я доповню свій пост його знахідкою.