Zabezpieczenie układu 24V/23A przed odwrotną polaryzacją – dioda, bezpiecznik czy MOSFET?

Question

Witam,
Buduję układ, który zasilany będzie z akumulatora 24 V. Chciałbym zabezpieczyć układ przed odwrotną polaryzacją napięcia zasilania. Dodam, że prąd pobierany przez układ będzie dosyć duży — około 2/3 A.

xury · Accepted Answer

Mostek Graetza na wejściu. Wtedy obojętnie jak podłączysz zasilanie na wyjściu zawsze biegunowość będzie się zgadzać.

beatom · Accepted Answer

To wreszcie 23A czy 2/3A? Bo podajesz dwie rozne wartosci w tytule i w opisie. Ja bym zastosowal mostek, jak przedmowca.

xury · Accepted Answer

Tak jeśli prąd to 2/3A a nie 23A. Wtedy to moc strat to 4.2A. Możliwe, że mostek będzie już dość ciepły i będzie wymagał radiatora.

Ricoh_220 · Accepted Answer

Dioda shotky w szereg i po temacie 2/3 A to nie tak wielki prąd. W zasilaczach nie takie prądy prostują.

xury · Accepted Answer

Z dwóch powodów. Pierwszy to cena. Drugi to straty na diodach: obniżone napięcie o 1.4V na zwykłym mostku co powoduje straty w ciepło w wysokości 4.2W przy prądzie 3A. Można zastosować mostek na diodach schottky co spowoduje straty mniejsze niż 2W. zakładając spadek napięcia o 0.7V na mostku z diod schottky.

gklub · Accepted Answer

Tak działa zabezpieczenie mosfetem: Straty widzisz na górnym wykresie. Mosfet klasy rezystancja kanału 0,01Ω. Tu dla prądu 1 2 5 10 i 20A

_jta_ · Accepted Answer

Popularne diody Schottky: 1N5819 - 1A 40V. 1N5821 - 3A 30V. 1N5818 - 1A 30V (droższe od 1N5819). 1N5822 - 3A 40V (tańsza od 1N5821). Ceny według tego, co znalazło Google - w lokalnym sklepie może być inaczej - ale na Aliexpress też te na wyższe napięcie bywają tańsze. Hm... znalazłem na Aliexpress ofertę 20 sztuk np. 1N5822 za 3,70zł z darmową dostawą od GUXINWAY Store.

Układ z MOSFET-em jest o tyle lepszy, że ma mniejszy spadek napięcia. Ale przy 24V trudno o MOSFET-a, który dopuszcza takie napięcie na bramce, trzeba je obniżać, to komplikuje układ - zamiast 1, są 3 elementy.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

CYRUS2 · Accepted Answer

Przekaźnik z cewką 24V i zwykła dioda szeregowo z cewką. Nie ma żadnych strat ani kombinacji z układem elektronicznym. Wytrzyma, ale potrzbny mały radiator. Stosuję taką diodę - BYS30 - zabezpieczającą aku przed zwarciem na na zaciskach przewodu ładowania. Spadek napięcia to 0,45V/5A.

_jta_ · Accepted Answer

Ciekawostka - dioda SBC3040-3G, końcówki o średnicy 1,6 mm, może prostować 30 A przy temperaturze końcówek do 50°C, cena około 5zł, typowy spadek napięcia 0,25 V przy 5 A. https://www.piekarz.pl/36183-dioda-diotec-sbx3040-3g/

BYS30 - były różne diody z takim oznaczeniem, chyba chodzi o https://www.pdf.support/infineon.com/BYS30.html

Układ z LM5050 - do sterowania N-MOSFET-a (w prostym układzie, jak ma być odłączanie od strony plusa, trzeba by użyć P-MOSFET-a) - ale ten scalak uległby uszkodzeniu przy odwrotnym podłączeniu zasilania, trzeba by go jakoś zabezpieczyć. Schemat z takim zabezpieczeniem podano w nocie katalogowej https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5050-1-q1.pdf

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

Mastertech · Accepted Answer

Też to rozwiązanie polecam, często je stosuję. Tracisz tylko tyle co prąd przepływający przez cewkę.

_jta_ · Accepted Answer

Bardzo dobry, przy I=2/3 A spadek napięcia 30 mV, moc tracona 20 mW - warto próbować to zmniejszyć? Mówią: lepsze jest wrogiem dobrego...

beatom · Answer

4.2W...chyba... Ale to nie jest duzo na dzisiejsze mostki. Radiator nie musi byc duzy. Zreszta jak obudowa urzadzenia metalowa, to mozna mostek do niej przykrecic.

SzeryfK · Answer

Nie spotkałem się nigdy z takim rozwiązaniem; raczej zawsze są pojedyncze diody/tranzystory. Z czego to wynika? Czy zastosowanie mostka niesie za sobą jakieś negatywne konsekwencje?Automatycznie wygenerowałem tytuł i nie zauważyłem błędu — mówimy o prądzie 2/3 A.Bardzo Wam dziękuję za odpowiedź i proszę o dalsze rozwinięcie tematu.

SzeryfK · Answer

Rozumiem, 4,2 W dla małego elementu to dosyć sporo, a nie chcę stosować dodatkowego elementu w postaci radiatora.A czy moja opcja 3 nadaje się do tego? >>21764440 Albo inne podobne rozwiązanie, które znalazłem na forum z wykorzystaniem tranzystora P-MOS? te rozwiązania zapewnią bezpieczeństwo przed odwrotną polaryzacją?Pozdrawiam!

SzeryfK · Answer

@gklub Wielkie dzięki za tę symulację!Straty dla 5 A są mniejsze niż 1 W, więc wydaje mi się, że bardzo mało.A w jakim celu została zastosowana dioda Zenera? Chroni bramkę przed zbyt dużym napięciem? @_jta_ Dziękuję za odpowiedź. Wolę się pokusić o większą ilość elementów i mniejszy spadek.Natomiast zastanawiam się jeszcze nad moją opcją 3, czy ona ma możliwość zadziałania w tym przypadku? Jesteście w stanie mi wytłumaczyć? Z góry bardzo dziękuję!

_jta_ · Answer

Do opcji 3 trzeba wiedzieć, co to ma być U1. Mam wrażenie, że w układzie z #10 wystarczy dzielnik z oporników, nie musi być dioda Zenera.

Dla tranzystora IRF820 w nocie katalogowej ST podano dopuszczalne napięcie bramka-źródła +-30V, więc mógłby być samodzielnie, ale on ma duży opór (typowo 2,5 Ω).

Jest jeszcze np. STB19NB20 - też +-30V, ale typowy opór 0,15 Ω (maksymalny 0,18) - ten by się nadawał, mają w Semiconductors Bank.

W TME mają szukanie po parametrach i znalazłem np. P26F28HP2-5600 - maksymalny opór 0,15 Ω. Ale już 5,25zł netto - parę razy droższy od STB19NB20 w SB.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

SzeryfK · Answer

@gklub, dzięki za podlinkowanie dokumentacji. Zapoznałem się z całością, może nie do końca dobrze. Są tam informacje, że układ wyłącza MOSFET-a, gdy wykryje, że prąd płynie w przeciwnym kierunku, ale przykłady nawiązywały do stanu od razu po wyłączeniu tranzystora, a nie znalazłem info o odwrotnej polaryzacji zasilania. Nie wiem, czy można uznać to za to samo?

_jta_ napisał:
Do opcji 3 trzeba wiedzieć, co to ma być U1.

To dioda idealna LM5050.

Z góry dziękuję za pomoc w kwestii wytłumaczenia i najlepszego rozwiązania!

SzeryfK · Answer

@_jta_ Bardzo dziękuję za poniższe tłumaczenie:Reasumując zastosowanie LM5050 nie ma większego sensu, w związku z czym postanowiłem wykorzystać tylko i wyłącznie tranzystor - P-MOSFET, który wykorzystuję w innym miejscu tego projektu: AOD413A. Może poszukam później innego, żeby miał mniejszy RDS(on). Taki schemat wykonałem — co o nim myślicie? Z góry bardzo dziękuję i pozdrawiam!

SzeryfK · Answer

Jeszcze raz bardzo dziękuję za pomoc!Jeszcze tak przeglądam materiały, z których korzystam: zastanawiam się, czy tranzystor nie powinien być obrócony? Nie wiem, czy dobrze przedstawiłem, gdzie wpływa prąd, a gdzie wypływa - na moim schemacie 24 V to główne napięcie od akumulatora, a 24_WE to napięcie, którym chcę zasilać całą elektronikę.Z góry dziękuję za potwierdzenie!

gklub · Answer

Nie powinien.
Ty masz pmosa, a twój przykład to nmos.
Pmos otwierany jest napięciem ujemnym bramki do źródła, nmos dodatnim.
Jak prześledzisz to sam zrozumiesz działanie w obu przypadkach.

Wyobraź sobie, że podłączasz błędnie +24V do punktu B, masę zasilania do A.
Masz szeregowe połączenie twojego układu i pmosa.
Cała sztuka ochrony polega na tym, żeby nigdy nie było napięcia wstecznego między B i C.
Ponieważ teraz bramka pmosa nie ma ujemnego napięcia w stosunku do jego źródła, pmos nie przewodzi.
Czyli masz szeregowe połączenie teoretycznie nieskończonej "rezystancji" pmosa i skończonej jakiejś tam wypadkowej "rezystancji" chronionego układu.
To znaczy, że całe odwrotnie podłączone napięcie odłoży się na pmosie, a nic na chronionym układzie - i o to chodzi

Promuję tematy:
30.01.2025 Amatorska bezpieczna i wygodna wiertarka do płytek PCB - konstrukcja i wyniki
01.07.2024 Prosty napęd do trawiarki
12.12.2023 Amatorska nawijarka przystosowana do cienkich przewodów - nie zrywa :)

_jta_ · Answer

W układzie zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem zasilania MOSFET pracuje w podłączeniu odwrotnym do normalnego - jeśli zasilanie będzie odwrotnie podłączone, to MOSFET będzie w normalnym podłączeniu i będzie wyłączony, a przy prawidłowym podłączeniu zasilania przewodzi wbudowana dioda MOSFET-a (zwróć uwagę na jej kierunek - nie może być taki, by przewodziła przy odwrotnym podłączeniu zasilania!), i na jego bramkę zostaje podane napięcie, które go włącza (to napięcie jest podane poprzez opornik, więc ładowanie bramki może potrwać ułamek milisekundy, i przez ten czas przewodzi dioda - jak już jest włączony, to na nim jest dużo mniejszy spadek napięcia, niż potrzebny do przewodzenia diody).

Prosty układ z MOSFET-em: N-MOSFET, źródło do -układu, dren do -zasilania, +zasilania do +układu, bramka do dzielnika między +układu i -układu; dzięki wbudowanej diodzie -układu jest najwyżej o około 0,5V powyżej -zasilania, bramka dostaje połowę napięcia zasilania, to włącza MOSFET-a, i jego prąd płynie "do tyłu"; a jak odwrotnie podłączysz zasilanie, to na układzie nie ma napięcia - +układu i -układu mają potencjał -zasilania, bramka też, i MOSFET jest wyłączony, +zasilania dochodzi tylko do drenu. Można by jeszcze dodać diodę, która przy odwrotnym podłączeniu zasilania rozładuje bramkę (ale bramka rozładuje się przy przerwie zasilania w ciągu około milisekundy). Jak ma być wyłączanie od strony '+', to P-MOSFET i zamienić '+' z '-'.

MOSFET ma to do siebie, że jak jest włączony, to przewodzi w obie strony; jak jest wyłączony, to może przewodzić wbudowana dioda.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

SzeryfK · Answer

@gklub @_jta_
Cześć, wracam do tego tematu, gdyż zaproponowane przez WAS rozwiązanie zastosowałem i działa doskonale!
Natomiast buduję inny układ, w którym chcę zastosować to samo rozwiązanie, ale Chat GPT twierdzi, że powinienem wykonać to inaczej:

Czy jesteście w stanie wytłumaczyć mi, czy jego rozwiązanie również ma sens? Jakie ono ma wady? Chodzi mi o czysto techniczną wiedzę.

Z góry dziękuję.
Pozdrawiam

gklub · Answer

Jakie jest napięcie między drenem i źródłem przy odwrotnym podłączeniu zasilania? Być może czat zamienił źródło z obciążeniem...

_jta_ · Answer

W skrócie, reguły powinny być takie (jeśli napisałem inaczej, to się pomyliłem - często jestem zmęczony, i mogę się pomylić):
* MOSFET z kanałem P jeśli przez niego ma być połączenie na '+', N jeśli na '-' (często '-' uznaje się za masę, i robi się wspólny - wtedy kanał P);
* MOSFET przy poprawnym podłączeniu zasilania ma przewodzić prąd w odwrotną stronę, niż zwykle (z kanałem P zwykle podaje się '-' na dren, a tu '+').

A jeśli chodzi o zabezpieczenie bramki: mało jest MOSFET-ów, którym nie szkodzi 30V między bramką, a źródłem, więc w instalacji "24V", w której napięcie potrafi przekraczać 28V, wypada jakoś to napięcie ograniczyć - np. diodą Zenera (i ograniczyć prąd tej diody opornikiem).

Jeszcze jedno do przemyślenia: kiedy podłącza się napięcie odwrotnie, MOSFET zostaje spolaryzowany "normalnie", i ładowanie się pojemności dren-bramka podaje na bramkę napięcie, które może go włączyć... może dodać pojemność między bramkę, a źródło, żeby ładunek pojemności dren-bramka nie dał na bramce wystarczającego napięcia do włączenia? Pewnie w układzie "12V" nie ma z tym problemu, ale w układzie z ograniczaniem napięcia bramki może być. Może wyliczyć potrzebną pojemność tak: odczytać z noty katalogowej ładunek bramki (istotny jest ładunek z pojemności dren-bramka), i podzielić go przez napięcie progowe - wynik, to będzie pojemność, którą trzeba dołączyć, i pewnie wyjdzie od kilku do kilkudziesięciu nF.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

Zabezpieczenie układu 24V/23A przed odwrotną polaryzacją – dioda, bezpiecznik czy MOSFET?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Zakład techniki biurowej"Kserograf" .Serwis kserokopiarek i urzdzeń marki ricoh

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Post #15

Post #16

Post #17

Post #18

Post #19

Post #20

Post #21

Post #22

Post #23

Post #24

Post #25

Post #26

Podsumowanie tematu