Circuito de protección de polaridad inversa

Las baterías son la fuente de energía más conveniente para suministrar voltaje a un circuito electrónico. Hay muchas otras formas de encender dispositivos electrónicos, como adaptadores, células solares, etc., pero la fuente de alimentación de CC más común es la batería. En general, todos los dispositivos vienen con circuito de protección de polaridad inversa, pero si tiene un dispositivo que funciona con batería que no tiene protección de polaridad inversa, siempre debe tener cuidado al cambiar la batería, de lo contrario, puede hacer explotar el dispositivo.

Entonces, en esta situación , el circuito de protección de polaridad inversa sería una adición útil al circuito. Hay algunos métodos simples para proteger el circuito de la conexión de polaridad inversa, como usar un diodo o puente de diodos o usar MOSFET de canal P como interruptor en el lado ALTO.

Protección contra polaridad inversa mediante diodo

El uso de un diodo es el método más fácil y económico de protección contra polaridad inversa, pero tiene un problema de fuga de energía. Cuando la tensión de alimentación de entrada es alta, puede que no importe una pequeña caída de tensión, especialmente cuando la corriente es baja. Pero en el caso de un sistema operativo de bajo voltaje, incluso una pequeña caída de voltaje es inaceptable.

Como sabemos, la caída de voltaje en un diodo de uso general es de 0,7 V, por lo que podemos limitar esta caída de voltaje utilizando el diodo Schottky porque su caída de voltaje es de alrededor de 0,3 V a 0,4 V y también puede soportar cargas de alta corriente. Tenga en cuenta al elegir un diodo Schottky, porque muchos diodos Schottky vienen con alta fuga de corriente inversa, así que asegúrese de elegir uno con baja corriente inversa (menos de 100uA).

A 4 amperios, la pérdida de potencia por un diodo Schottky en el circuito será:

4 x 0,4 W = 1,6 W

Y en diodo ordinario:

4 x 0,7 = 2,8 W.

Incluso puede usar un rectificador de puente completo para protección contra polaridad inversa, ya que es independientemente de la polaridad. Pero el puente rectificador consta de cuatro diodos, por lo que la cantidad de energía desperdiciada será el doble de la energía desperdiciada en el circuito anterior con un solo diodo.

Protección de polaridad inversa usando MOSFET de canal P

El uso de un MOSFET de canal P para protección de polaridad inversa es más confiable que otros métodos, debido a la baja caída de voltaje y la capacidad de alta corriente. El circuito consta de un MOSFET de canal P, un diodo Zener y una resistencia desplegable. Si el voltaje de suministro es menor que el voltaje de puerta a fuente (Vgs) del MOSFET de canal P, entonces solo necesita el MOSFET sin diodo o resistencia. Solo tienes que conectar el terminal de puerta del MOSFET al suelo.

Ahora, si el voltaje de suministro es mayor que el Vgs, entonces debe bajar el voltaje entre el terminal de la puerta y la fuente. Los componentes necesarios para fabricar el hardware del circuito se mencionan a continuación.

Material requerido

• MOSFET de canal P FQP47P06
• Resistencia (100k)
• Diodo Zener 9.1V
• Tablero de circuitos
• Conexión de cables

Diagrama de circuito

Funcionamiento del circuito de protección de polaridad inversa utilizando MOSFET de canal P

Ahora, cuando conecta la batería según el diagrama del circuito, con la polaridad correcta, hace que el transistor se encienda y permita que la corriente fluya a través de él. Si la batería está conectada al revés o en polaridad inversa, el transistor se apaga y su circuito se protege.

Este circuito de protección es más eficiente que otros. Analicemos el circuito cuando la batería está conectada correctamente, el MOSFET del canal P se encenderá porque el voltaje entre la puerta y la fuente es negativo. La fórmula para encontrar el voltaje entre la puerta y la fuente es:

Vgs = (Vg - Vs)

Cuando la batería está conectada incorrectamente, el voltaje en el terminal de la puerta será positivo y sabemos que el MOSFET de canal P solo se enciende cuando el voltaje en el terminal de la puerta es negativo (mínimo -2.0V para este MOSFET o menos). Entonces, siempre que la batería esté conectada en dirección inversa, el circuito estará protegido por el MOSFET.

Ahora, hablemos de la pérdida de potencia en el circuito, cuando el transistor está ENCENDIDO, la resistencia entre el drenaje y la fuente es casi insignificante, pero para ser más precisos, puede consultar la hoja de datos del MOSFET de canal P. Para el MOSFET de canal P FQP47P06, la resistencia activada de la fuente de drenaje estático (R _{DS (ON)}) es 0.026Ω (máx.). Entonces, podemos calcular la pérdida de potencia en el circuito como se muestra a continuación:

Pérdida de potencia = I ² R

Supongamos que el flujo de corriente a través del transistor es 1A. Entonces la pérdida de energía será

Pérdida de potencia = I ² R = (1A) ² * 0.026Ω = 0.026W

Por lo tanto, la pérdida de potencia es aproximadamente 27 veces menor que la del circuito que usa un solo diodo. Es por eso que usar un MOSFET de canal P para protección de polaridad inversa es mucho mejor que otros métodos. Es un poco más costoso que el diodo, pero hace que el circuito de protección sea mucho más seguro y eficiente.

También hemos utilizado un diodo Zener y una resistencia en el circuito para la protección contra el exceso de voltaje de puerta a fuente. Al agregar la resistencia y el diodo Zener de 9.1V, podemos fijar el voltaje de la fuente de la puerta a un máximo de 9.1V negativos, por lo tanto, el transistor permanece seguro.