logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania

ghost666 19 Lis 2019 19:07 14904 35
  • Odwrotne podłączenie zasilania do urządzenia jest często przyczyną katastrofalnej awarii systemu. Jeśli układ nie jest w żaden sposób zabezpieczony przed odwrotną polaryzacją napięcia zasilającego, taka sytuacja doprowadzić może do uszkodzenia sekcji zasilania, jeśli na przykład znajduje się tam stabilizator napięcia, lub do uszkodzenia większej liczby układów, jeżeli są one zasilane bezpośrednio z napięcia podłączonego do urządzenia zewnętrznego zasilacza. Na szczęście istnieje wiele sposobów na zabezpieczenie obwodów wejściowych układu. W poniższym artykule przedstawimy kilka prostych obwodów zabezpieczających wejścia zasilania przed odwrotnym podłączeniem zasilania

    Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania
    Pojedyncza dioda prostownicza

    Powszechnie stosowaną metodą ochrony wejścia zasilania przed odwrotnie podłączonym napięciem jest wykorzystanie diody prostowniczej, która zapobiega uszkodzeniu obwodu. Dioda zainstalowana jak pokazano na rysunku po lewej stronie, zabezpiecza układ przed przepływem prądu w momencie, gdy do systemu przyłożone jest napięcie o niepoprawnej polaryzacji. Dioda prostownicza umieszczona szeregowo z obciążeniem uniemożliwi przepływ prądu w nieprawidłowym kierunku.

    Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania
    Mostek prostowniczy - cztery diody

    Zamiast pojedynczej diody prostowniczej można również użyć pełnego mostka diodowego - mostka Graetza - aby skorygować kierunek przepływu prądu. W ten sposób układ zawsze będzie otrzymywał napięcie o prawidłowej polaryzacji. Schemat takiego rozwiązania pokazano na rysunku po prawej stronie. W takim układzie, niezależnie od kierunku przyłożenia do urządzenia napięcia zasilającego, na liniach zasilania napięcie będzie miało poprawną polaryzację.

    Wadą rozwiązań diodowych jest niska wydajność energetyczna. Spadek napięcia na każdej diodzie krzemowej wynosi około 0,7 V, co oznacza, że przy płynącym prądzie 1 A, pierwszy układ będzie miał 0,7 W strat, a drugi układ 1,4 W strat. Straty te są obecne zawsze i niezależne od przyłożonego do układu napięcia.

    Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania
    Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania
    Układ z przekaźnikiem

    Na rysunkach po lewej stronie zaprezentowano układ, który wykorzystuje przekaźnik do odłączania niepoprawnie - odwrotnie - podłączonego zasilania do systemu. Taki system nie powoduje istotnych strat mocy, jakie pociągało za sobą wykorzystanie systemu z diodami półprzewodnikowymi.

    Diody D1 oraz D2 w układach po lewej stronie kontroluje przepływ prądu przez uzwojenie cewki przekaźnika. Jeśli zasilanie podłączone jest poprawnie, prąd płynie przez diodę i cewkę i powoduje zadziałanie elektromagnesu w przekaźniku. Dioda D1 ustawiona jest w kierunku zaporowym dla normalnego kierunku prądu, a do przesyłania zasilania do dalszej części układu wykorzystano normalnie zamknięty kontakt przekaźnika. W takiej sytuacji układ nie pobiera w ogóle prądu (rysunek po lewej stronie u góry).

    Przy odwróconym napięciu wejściowym włącza się elektromagnes przekaźnika, przerywając zasilanie systemu i zapalając diodę LED.
    Dioda D1 zostanie spolaryzowana w kierunku przewodzenia, podając napięcie na uzwojenie elektromagnesu przekaźnika (rysunek po lewej stronie na dole), a czerwona dioda LED D3 poinformuje użytkownika o sytuacji.

    Obwód zużywa energię tylko w przypadku podłączenia odwrotnej polaryzacji. W przeciwieństwie do wykorzystania tranzystorów FET lub przełączników półprzewodnikowych, przełączniki elektromagnetyczne mają bardzo niską rezystancję styków, co oznacza, że nie powodują spadku napięcia między źródłem zasilania a obwodem wymagającym ochrony. Dzięki temu konstrukcja nadaje się do systemów zarówno o wąskich marginesach napięcia, jak i do takich o niskim zapasie mocy.

    Źródło: https://www.edn.com/design/analog/4368527/Simple-reverse-polarity-protection-circuit-has-no-voltage-drop
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11961 postów o ocenie 10267, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 18288456
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #3 18288548
    krzbor
    Poziom 29  
    Posty: 1783
    Pomógł: 42
    Ocena: 1072
    Warto wspomnieć, że w zabezpieczeniach często stosuje się diody Schottky’ego - mają mniejszy spadek napięcia. Gdzieś widziałem też zabezpieczenie oparte o bezpiecznik i diodę - w układ wpięty jest bezpiecznik, a za nim zwierająca w kierunku przeciwnym dioda. Przy połączeniu odwrotnym przez diodę płynie duży prąd i bezpiecznik się przepala. Zaletą układu jest zerowy spadek napięcia na układzie zabezpieczającym.
  • #4 18288605
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    khoam napisał:
    Zabrakło istotnej informacji o zabezpieczeniu z użyciem tranzystora MOSFET z kanałem typu P i N.

    Dokładnie. Przykładowo ten układ z poniższego linka... Ponieważ MOSFET jest otwarty przy poprawnym zasilaniu, to wprowadza znikome straty wynikające z bardzo małego Rdson.
    Prosty układ do zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania
    https://www.circuits.dk/reverse-current-battery-protection-circuits/

    I jeszcze inne źródło
    https://www.infineon.com/dgdl/Reverse-Batery-...2.pdf?fileId=db3a304412b407950112b41887722615
  • #5 18288635
    Justyniunia
    Poziom 36  
    Posty: 4222
    Pomógł: 397
    Ocena: 1321
    A czy układ z przekaźnikiem zdąży przełączyć styki zanim chroniony układ ulegnie uszkodzeniu?
  • #6 18288798
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #7 18288923
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    Przekaźnik to dość powolne urządzenie, więc może być różnie. Jeśli mamy jakieś wrażliwe elementy, to nim przekaźnik "klapnie", to może już nie być czego zbierać... Niby nie potrzebujemy pełnego przełączenia styków, tylko oderwania kotwicy od styków NC, więc czas zadziałania zabezpieczenia jest trochę krótszy, ale wiele zależeć będzie od obwodu.
    Bo łatwo wyobrazić sobie np. jakiegoś scalaka z wbudowanymi diodami ESD łączonymi do szyn zasilania. Jak dostaną nawet krótki ujemny impuls prądowy z wydajnego źródła zasilania, to ich pogrzeb jest bardzo prawdopodobny.
    Stąd zabezpieczenie na przekaźniku chyba raczej do mało wrażliwych obwodów, albo takich, gdzie coś robi za firewalla i złagodzi skutki odwrotnej polaryzacji nim przekaźnik zadziała. Ja bym asekuracyjnie dodał jeszcze szybką diodę już za przekaźnikiem, wpiętą równolegle do zasilania, by przy normalnym zasilaniu była zaporowo. Powinna na siebie wziąć to co przejdzie przez przekaźnik zanim się przełączy, stąd na resztę pójdzie napięcie rzędu spadku na diodzie w kierunku przewodzenia...
  • #8 18288959
    tomiok
    Poziom 33  
    Posty: 2233
    Pomógł: 133
    Ocena: 292
    A co z opóźnieniem zadziałania przekaźnika?
  • #9 18289013
    Gizmoń
    Poziom 28  
    Posty: 2015
    Pomógł: 21
    Ocena: 1518
    Nikt nie zauważył dość istotnego błędu:

    ghost666 napisał:
    Jeśli zasilanie podłączone jest poprawnie, prąd płynie przez diodę i cewkę i powoduje zadziałanie elektromagnesu w przekaźniku. [...] W takiej sytuacji układ nie pobiera w ogóle prądu (rysunek po lewej stronie u góry).
  • #10 18289208
    OldSkull
    Poziom 28  
    Posty: 1159
    Pomógł: 61
    Ocena: 184
    spec220 napisał:
    Justyniunia napisał:
    A czy układ z przekaźnikiem zdąży przełączyć styki zanim chroniony układ ulegnie uszkodzeniu?

    Elektrolity wytrzymają, ale z resztą może być różnie...

    Przecież ten "artykuł" to jakaś masakra. Ukłąd z przekaźnikiem jest wręcz szkodliwy, bo elektronika prawdopodobnie zdąży umrzeć. W niektórych przypadkach przekaźnik może nawet nie zadziałać nigdy, jeśli styki się skleją od impulsu prądowego. To już lepszy byłby układ z szeregowym bezpiecznikiem polimerowym i równoległą przewymiarowaną diodę Schottky. Tylko po co, skoro można to zrobić lepiej? Chyba tylko ma sens jeśli i tam mamy mieć bezpiecznik i diodę, bo występują w układzie duże indukcyjności.

    Układ z P-MOSFET jest chyba najprostszy dla (p)odłączania strony wysokiej zasilania.
  • #11 18289244
    damian1115
    Poziom 37  
    Posty: 3238
    Pomógł: 393
    Ocena: 904
    ghost666 napisał:
    Układ z przekaźnikiem

    Taki układ można z powodzeniem stosować w prostownikach do ładowania akumulatorów, jest skuteczny, i nie pozwala odwrotnie podłączyć akumulatora.
    https://obrazki.elektroda.pl/3294512600_1569027435.png
  • #12 18289279
    Zbigniew 400
    Poziom 38  
    Posty: 4356
    Pomógł: 283
    Ocena: 794
    Przeciez przekażnik moze podac napiecie zasilania dopiero po stwierdzeniu prawidlowosci zasilania.
  • #13 18289416
    rosomak19
    Poziom 23  
    Posty: 1091
    Pomógł: 2
    Ocena: 401
    Jak dla mnie , najprostszym i najlepszym rozwiązaniem jest pełny mostek. Często tak robię , jak składam i testuję jakieś układziki radiowe bądź audio , na "pająka" bądź mam wiele płytek koło siebie i dużo przewodów.
  • #14 18289505
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    Zbigniew 400 napisał:
    Przeciez przekażnik moze podac napiecie zasilania dopiero po stwierdzeniu prawidlowosci zasilania.

    Ale wtedy przy poprawnej pracy zawsze zasilasz cewkę, czyli masz niepotrzebne straty.

    Pełny mostek to straty na dwóch diodach.. Niby fajnie, bo źle podłączone urządzenie tez działa, ale w docelowym urządzeniu z zasilaniem DC wg mnie też bez sensu.
  • #15 18289527
    damian1115
    Poziom 37  
    Posty: 3238
    Pomógł: 393
    Ocena: 904
    krisRaba napisał:
    Ale wtedy przy poprawnej pracy zawsze zasilasz cewkę, czyli masz niepotrzebne straty.

    Te straty przy ładowaniu akumulatora, można jakoś przeboleć. Nie są na tyle duże żeby podważyć zasadność jego zastosowania.
  • #16 18289549
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #17 18289676
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    spec220 napisał:
    A skoro już mowa o drugim źródle (ładowanie akumulatora) po stronie wyjścia, to rozwiązanie P-MOS dostaje w łeb, bo tranzystor zostanie spolaryzowany po przez źródło na wyjściu.

    Tak, i tutaj dochodzimy do klasycznego "zależy do czego". Bo inaczej sprawa wygląda, gdy chcemy zabezpieczyć nasz układ przed odwrotnym podpięciem zasilania (o czym chyba był ten artykuł), a inaczej, gdy źródeł jest więcej... Przykładowo jeśli na wejściu dasz układ z przekaźnikiem, a na wyjściu źle podepniesz aku, to będzie wystrzałowo. Jak zabezpieczenie będzie na wyjściu, to aku odetnie, ale źle podpięte zasilanie zabije ładowarkę... Choć ona będzie AC, więc scenariusz naciągany ;-)
  • #18 18289732
    AdrianK17
    Poziom 16  
    Posty: 114
    Pomógł: 13
    Ocena: 41
    Możnaby odwrócić styki przekaźnika, odwrotne podłączenie zasilanie zaświeci diodę LED, a prawidłowe spowoduje zasilenie cewki przekaźnika i dołączonego odbiornika. Dojdzie niestety pobór prądu cewki przekaźnika.
  • #19 18290001
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    Oj ludzie ludzie, przecież w tym układzie o to chodzi, że poprawne podłączenie ma być bezstratne, a odwrotne podłączenie odłącza obwód i zapala się ostrzegawcza dioda LED... Jasne, że można to zrobić na styku NO i cewce załączanej, gdy układ podłączony jest poprawnie, tylko wtedy cewka praży się przez cały czas działania urządzenia. W niektórych przypadkach to jest problem, w innych nie - kolejny raz rzecz do indywidualnej oceny. Czasem problemem może być też udar prądowy (zależnie od rodzaju obciążenia), który otrzymują styki, czyli pojawia się ryzyko ich sklejenia. Tutaj oczywiście też można zmienić przekaźnik na stycznik ;) Tylko generalnie chyba nie o to w tym wszystkim chodziło... ;)

    Jak już ktoś lubi straty i podgrzewanie atmosfery, to dioda w szereg z zasilaniem i nic więcej nie potrzeba.
  • #20 18290018
    mieszaczwcz
    Poziom 31  
    Posty: 1225
    Pomógł: 185
    Ocena: 258
    Zamiast wspomnianej diody i bezpiecznika np. polimerowego co też jego czas zadziałania jest stosunkowo dłuższy zastosowałbym transil specjalnie produkowany do tych celów jego koszt jest niższy od bezpiecznika i wtedy dioda jest też niepotrzebna.
  • #21 18290373
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    Tylko w przypadku bezpiecznika polimerowego i diody podłączonej równolegle do zasilania czas zadziałania bezpiecznika nas aż tak nie boli, bo przy odwrotnej polaryzacji (o czym jest temat), na nasze obciążenie pójdzie tyle co spadek napięcia na przewodzącej diodzie. Stąd przez diody ESD jakiegoś układu scalonego może nawet nie popłynie prąd, jeśli spadek na dwóch diodach ESD (od GND do jakiegoś pinu i od pinu do VCC) będzie większy od spadku na diodzie zabezpieczającej, czyli diody ESD nie zaczną jeszcze przewodzić...
    Można zamiast szybkiej diody w takim zabezpieczeniu użyć transila i mieć 2 pieczenie na jednym komponencie, czyli zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją i zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem na zasilaniu, z tym że trzeba uważać na napięcie przewodzenia, bo dla transili może ono być wyższe niż dla schottky czy szybkich diod przełaczających, np. tutaj na Fig.8
    https://www.tme.eu/Document/f3da7e7771e2b1c597300a7371284993/P6SMB_ser.pdf
    widać, że dla 20A, co dla zwarcia nie jest ogromną wartością, może to już być 1.2V lub 2.4V zależnie od budowy. A chwilowe -2.4V przez czas potrzebny do zadziałania bezpiecznika polimerowego może już zaboleć...
  • #22 18290432
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #23 18290537
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    spec220 napisał:
    Czasem takie oszczędności się nie opłacają. Jak już, to dioda transil i dioda szybka
    Tak, wiem. Odnosiłem się do wcześniejszej propozycji kol. @mieszaczwcz i bardziej chciałem podkreślić drugą część wypowiedzi, czyli wyższe Vf transila, na które trzeba uważać i wszystko dobrze przemyśleć ;-)

    Dodano po 1 [godziny] 37 [minuty]:

    spec220 napisał:
    Widziałem kiedyś takie zabezpieczenie z obustronną ochroną, w dodatku z tego co widać na filmie, to ten moduł także może służyć jako zasilacz i ładowarka.
    https://www.youtube.com/watch?v=wzILZIVZRw8&t=1s

    spec220 napisał:
    No ok. na wejściu jest AC bo na filmie jest trafo.
    Jednak skąd pewność, że sam stopień mocy pójdzie z dymem działający jedynie jako zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją? Skoro niegroźny mu akumulator, który jak kolega wie nie jednemu użytkownikowi "zabił" zasilacz stabilizowany, to prawdopodobnie przeżyje i odwrotne bieguny na wejściu.

    W sumie nie odnosiłem się do podanego przez Ciebie filmu ;) Wymyśliłem jakiś przypadek ogólny, by pokazać, że zabezpieczenie trzeba przemyśleć, bo coś co zadziała w jednym przypadku niestety może nie zadziałać w innym ;)
    Natomiast zasilacz/ładowarka z filmu ciekawa. Widać, że jest to odporna na wiele typowych pomyłek i nadal żyje. Patrząc na reakcję na poszczególne zdarzenia, to raczej zabezpieczenie elektroniczne, a nie żadne przekaźniki. Z faktu, że jak odłączył wejście AC i podłączył prawidłowo akumulator ruszył wiatrak (czyli pewnie cała ładowarka) domyślam się, że to na jakimś PMOSie i zasilił się z wyjścia przez pasożytniczą diodę. Ciekawe czy reszta to jakoś na komparatorach poszyte, czy jest tam jakiś kontroler...
    Trochę dziwnie działa w trybie ładowarki, bo prąd pulsuje analogicznie jak niebieska dioda, czyli z bardzo małą częstotliwością... chyba że w ładowarkach aku powinno tak być? ;)
  • #24 18291139
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #25 18291153
    krisRaba
    Poziom 31  
    Posty: 1999
    Pomógł: 94
    Ocena: 434
    spec220 napisał:
    uwierz kolego, że samochodowy aku też potrafi zrobić swoje, nawet jeżeli jest mocno rozładowany

    Hahaha, wierzę, bo kiedyś zespawałem sobie krokodylki jak pomagałem gościowi na światłach odpalić auto na kablach :lol: Auto odpaliło, wdzięczny właściciel coś nawijał i zamiast myśleć o kolejności odpinania kabli, to myślałem co on gada i jakoś zostałem z podłączonym kablami z jednej strony i krokodylkami w rękach.. Ten dalej coś nawijał i chyba chcąc coś gestykulować przy odpowiedzi zetknąłem je ze sobą :-P Nie polecam :lol: Dobrze, że same krokodylki były z chińskiej czekolady, kupowane przez neta, bo przewody 16mm2 ;-) Po zespawaniu udało się je energicznym ruchem rozerwać i w jednym zrobiła się pokaźna dziura ;-)
    Stąd, dzięki panu nawijaczowi, sprawdziłem w praktyce to, co już wiedziałem z teorii :lol:
  • #26 18291169
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #28 18291767
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #29 18293151
    __Grzegorz__
    Poziom 30  
    Posty: 1413
    Pomógł: 196
    Ocena: 233
    Naprawdę, muszę to wszystko tłumaczyć?
    2). masz w artykule.
    3). Aby układ zadziałał, Uwe ma przekroczyć Vgsth, co przy 1V może być problemem, więc... Wnioski wyciągnij sam....
  • #30 18293172
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  

Podsumowanie tematu

LABEL_AI_GENERATED
Odwrotne podłączenie zasilania może prowadzić do poważnych uszkodzeń urządzeń elektronicznych. W dyskusji przedstawiono różne metody zabezpieczania obwodów przed tym problemem, w tym zastosowanie diod prostowniczych, diod Schottky'ego oraz tranzystorów MOSFET. Uczestnicy podkreślili, że diody Schottky'ego oferują mniejszy spadek napięcia, a układy z MOSFETami mogą minimalizować straty energii. Zwrócono uwagę na ograniczenia związane z używaniem przekaźników, które mogą być zbyt wolne, aby skutecznie chronić wrażliwe komponenty. Proponowano także zastosowanie bezpieczników polimerowych oraz diod ESD jako dodatkowych środków ochrony. Wskazano na potrzebę przemyślenia rozwiązań w kontekście specyficznych aplikacji, takich jak ładowarki akumulatorów czy zasilacze laboratoryjne.
Podsumowanie AI na podstawie dyskusji. Może zawierać błędy.
REKLAMA