Комментарии 75
Мост плох тем, что у него условный входной "минус" получается отвязанным от минуса остальной схемы диодом, что очень часто бывает недопустимо. Если питание гальванически развязано или схема - вещь в себе, не имеет никакой связи с внешним миром, то это не проблема, но чаще используют простые dc/dc и схема имеет входные и выходные сигналы, привязанные к общему проводу.
Расписано роскошно, но биполярники немного обижены.
нет паразитного диода им же можно включать питание прибора кнопкой;
приличные, но суперкопеечные SS8550 имеют уже усиление h21 300+( при входном контроле реально было 400..500) и очень низкое напряжение насыщение на токах до сотен ма. Чуть подороже BISS транзисторы от NXP еще лучше. Кстати они же оказались удобны для простой коммутации напряжения около 45В и тока в полампера от логики 1.8В, подобных полевиков не нашлось.
Эмиттерный переход биполярника, как и затвор полевика можно защитить стабилитроном. Поэтому применение им есть, хотя и при нынешнем прогрессе в полевых транзисторах ограниченное.
Схема с параллельным диодом тоже иногда применяется с TVS вместо диода. При этом защита от перенапряжений и переполюсовки в одном флаконе, да еще и практически без потерь мощности(только предохранитель). Но ценой вмешательства человека потом, зато дешево.
Мне кажется, в примере со светодиодом, рассматриваемым автором, схема защиты с последовательным диодом вообще не работает. Дело в том, что у светодиодов очень маленькое допустимое обратное напряжение (что-то около 5В). А у силового диода есть немаленький обратный ток утечки. Таким образом, при подключении источника питания в обратной полярности мы, за счёт тока утечки через защитный диод, можем получить неприятное значение напряжения обратной полярности в защищаемой схеме. Да, ток через схему (например, через встроенные защитные диоды микросхем и т.п.) будет протекать небольшой, и волшебный дым она не пустит, но тут уж от конкретной схемы зависит.
Светодиод в примере использован только для зрелищности анимации в качестве индикатора. Возможно, это не самое удачное решение. Тем более, что при переполюсовке светодиод сам по себе светиться не будет))
Про ток утечки в статье упоминается в разделе о супер-барьерном диоде, может быть нужно было написать об этом эффекте более подробно. Статья обзорная, поэтому я решил кратко пройтись по всем аспектам. С учетом дополнений из комментариев можно смело писать еще одну статью на эту тему!
Ток утечки у 1N4001 при низких напряжениях очень маленький, при нормальной температуре может быть пару мкА. Ток утечки маломощных светодиодов еще меньше, обычно это какие-то наноамперы. При таком соотношении вряд ли на светодиоде выделится напряжение, превышающее предел его обратного напряжения.
Подобная проблема ещё часто встречается, когда делают светодиодную индикацию включения напряжения 220В переменного тока. Включают последовательно конденсатор, резистор, обычный диод и светодиод. И всё -- в сеть 220В. Светодиод даже какое-то время терпит обратное напряжение. Но мерцает противно, хотя бы поэтому я бы так не делал.
На 220 В конечно не стоит, там уже у 1N4001 точно проблемы будут - он вроде на 50В рассчитан )) Если 1N4005 рассматривать, то у него конечно на 200 В ток утечки уже будет значительно больше. Можно это дело немного поправить, если параллельно светодиоду поставить резистор килоом на 10.
Согласен, включение диода и светодиода последовательно это плохая практика. Светодиод надо шунтировать диодом встречно параллельно. Или включать через мост.
Так конденсатор последовательно с диодом работать не будет. Диод один полупериод пропускает только. В итоге конденсатор зарядится и диод перестанет открываться. И ток перестанет течь. Вот с двумя встречно-параллельными, как @Nick0las уже упомянул - будет работать.
Светодиод даже какое-то время терпит обратное напряжение.
Он не терпит, его пробивает. Но в этом ничего страшного нет - в момент перехода полупериода через ноль ток пробоя прекращается и восстанавливается нормальный режим работы на следующий полупериод.
Правда, это нештатный режим, параметры при его работе не нормируются. Но работает нормально, годами. Мерцает, да...
Ток утечки у 1N4001 при низких напряжениях очень маленький, при нормальной температуре может быть пару мкА. Ток утечки маломощных светодиодов еще меньше, обычно это какие-то наноамперы. При таком соотношении вряд ли на светодиоде выделится напряжение, превышающее предел его обратного напряжения.
На самом деле вывод нужно сделать противоположный. Напряжение в последовательной цепи делится прямо пропорционально сопротивлению элементов. Соответственно при указанном соотношении обратных токов почти все обратное напряжение будет приложено к светодиоду.
Светодиод станет в этот момент стабилитроном и напряжения перераспределятся чуть иначе. При этом ограничение тока будет по-прежнему ограничивать, но уже обратный ток, и светодиоду ничего не будет. Отстаньте от светодиода )))
Ну покажите хоть один документ от производителя светодиодов, где допускается его работа в режиме обратного пробоя.
Лучше сами проведите натурный эксперимент )))
p-n переход имеет всем знакомую по учебникам ВАХ, обратная ветвь которой содержит: "закрытое состояние", обратимый "электрический пробой" и необратимый "тепловой пробой". Переход из обратимого электрического пробоя в необратимый тепловой пробой предотвращается тем же самым токоограничивающим резистором, который не даёт ему выйти из строя при работе перехода и при прямом смещении.
Работа подсветки в комнатных выключателях тому подтверждение.
А нормировать в даташитах работу светодиода в этом режиме не представляется возможным, так как разброс напряжений и точность будет вне всяких разумных пределов.
Я возражал не против того, что получится "стабилитрон". Это очевидно практически для любого полупроводникового перехода в обратном включении.
А против того, что бы рассматривать это как нормальный или, хотя бы допустимый режим работы светодиода.
В статье автор пытается показать в основном как сделать правильно, а не "по-любительски", в худшем смысле слова. Так зачем в комментарии говорить: ну и так не сгорит. Да, скорее всего не сгорит, но и выпускать в производство такой прибор настоящий инженер не должен. Если уж вы действительно в теме электроники так и советуйте правильные подходы.
так как разброс напряжений и точность будет вне всяких разумных пределов
Именно по этому, пробой может быть локальный с локальным нагревом. Так, например, силовые мосфеты горят в линейном режиме не успев толком нагреться. У сигнальных светодиодов конечно кристалл поменьше, но я бы не поручился за отсутствие исключений.
Но, за все надо платить. И расплатой за простоту данной схемы является потеря напряжения и мощности на диоде.
Но иногда это даже хорошо! Например многие ранние цифровые фотоаппараты имели питание 2 АА, и возможность подключения внешнего блока питания (фирменного и дорогого) напряжением 3,15 В. При подключении же непосредственно к контактам батарейного блока кажется мешал микрик в крышке. Судя по немногочисленным свидетельствам на форумах выше 3,15 В подавать нельзя, причем нужен стабилизированный источник с достаточным током (не помню, но около 2 А). Выручил найденный в закромах БП на 3,5 В с диодом. На выходе было около 2,9-3,0 В, фотоаппарат питание признал и за пару дней нащелкал несколько тысяч кадров в библиотеке.
Ну кто так не выходил из положения?! Бывало такое, что и три диода последовательно ставить приходилось! Хотя в серийных изделиях я так делать не рекомендую.
Когда-то приходилось из кучи диодов собирать стабилитрон (крайне срочные обстоятельства и купить вот щас негде). Напаял последовательно д226 целую кучу, утянул в кембрик. До сих пор вроде, работает.
Ну тогда еще для термостатирования можно низкоомный МОН резистор вмести с ними под термоусадку посадить, чтоб они всегда были в одной точке - пусть и горячей, но одной )) Если много диодов ставить для опорного напряжения, разброс будет очень заметный при изменении окружающей температуры. Два - три диода последовательно поставить пожалуй можно.
В принципе, можно и 60 диодиков в кембрик напихать...
Вот вам серийное изделие, где так сделано:
Это блок памяти от древнего транспортного автоинформатора. В поздних версиях три диода заменили на интегральный стабилизатор.
к сожалению, даже у "именитых" китайских производителей в блоках питания сплошь и рядом применяется такой метод.
При параллельном подключении диода обычно добавляют предохранитель, чаще самовосстанавливающийся.
Я в тексте статьи вроде про предохранитель писал, там даже эпичная анимация есть, на которой предохранитель анигелирует)))
Конфигурация с самовосстанавливающимся предохранителем может тоже быть опасной: если источник питания оставить подключенным, цепь может упасть в равновесное состояние, в котором от источника потребляется ток, достаточный для подогрева и поддержания "предохранителя" (он же, на самом деле, позистор с большим ТКС) в "полуоткрытом" состоянии.
Плюс, у таких предохранителей рабочая температура до 85 градусов только, для суровых применений может не подходить.
Я тоже самовосстанавливающиеся предохранители недолюбливаю, уж очень у них узкие возможности применения. Да и если уж рвануло, так пусть рвет окончательно. Зачем повторно пытать схему?
Как-то проектировали изделие для автомобильной техники, там вообще полный комплект сложностей: 24В бортсети, 2А потребляемого тока, 125 градусов рабочей температуры, необслуживаемость устройства на весь срок службы, защита от всех приколов бортсети, предусмотренных стандартом (самая жесть там -- load dump, когда напряжение составляет сотни вольт и продолжается это всё сотни миллисекунд), естественно, без выхода из строя. Там вообще никакой предохранитель нельзя поставить, естественно.
Поставили тогда интегральный контроллер защиты от TI с двумя внешними транзисторами. Он и от переполюсовки защищал, и от перенапряжения, и от перегрузки по току.
В очень многих ноутбуках такая схема используется.
Обзор отличный, с подробными картинками. Супер!
Раз рассмотрели схему на P-MOS, стоило бы упомянуть и идеальный диод. Как в интегральном исполнении, так и в дискретном. На одноплатниках очень часто ставят.
Накачку заряда отдельно прокомментирую: для микроамперного тока схема очень простая. Во многих устройствах уже есть готовый генератор сигнала для её запуска - DCDC-преобразователь, например. Или таймер мк. Или любой другой постоянно переключающийся сигнал.
диодный мост приколен не столько защитой, сколько возможностью удаленно управлять устройством по двум проводам питания. у меня схема на ардуино управляет парой моторизованных кранов в кессоне для слива водопровода. так вот по двум проводам подавая питание с разной полярностью даю команду на открытие или закрытие.
У диодов с болееЧто же делать? Можно попробовать подобрать диод с меньшей величиной прямого падения напряжения (Maximum instantaneous forward voltage drop per diode или forward voltage). Но вряд ли из этого получится что-то хорошее. У диодов с более высоким рабочим напряжением будет более высокое прямое падение напряжения. Также диоды, рассчитанные на высокий ток, тоже имеют большое падение напряжения.
Обычно для снижения падения напряжения берутся диоды Шоттки малым падением с и большим запасом по току. На малые токи также вместо кроме Шоттки можно попробовать отыскать германивые диоды (например Д310). Также у некоторых кремниевых диодов (не Шоттки) на малых токах падение напяжения может быть 0.5, вместо типичных 0.7 (например КД213).
У германиевых диодов очень узкий диапазон рабочих температур. Диоды Шоттки имеют значительный обратный ток при высоких температурах.
И вот эти вот 0,5 В у некоторых диодов - очень не надежно. Сильно зависит от температуры и конкретной величины тока. Если ток очень маленький, то падение больше будет. Если ток больше некоторого значения, то опять больше будет. А если диод нонейм, коих сейчас чип и дип в Россию прет ведрами, то там вообще сложно предсказуемо это все.
В современных схемах напряжение питание невысокое обычно, а токи могут быть приличными. К тому же есть хорошие решения на микросхемах, да и полевики не так дорого сейчас стоят. Зачем диоды использовать?
Зачем диоды использовать?
Три в одном: простота монтажа, дешевизна и доступность.
Редко где в современных устройствах это подходит, разве что что-то очень простое делать.
Если дорого ставить спецрешение, то (кроме прочего) использую комбинацию параллельного (обычно TVS) и последовательного шотки с обратным напряжением от 100В для питания от автомобильной бортсети.
На дежурных токах прямое падение на диоде редко превышает 0,1-0,2В. А на не дежурных до лампочки сколько там потери. Да и в дежурном режиме если после столит LDO, то падение ни на что не влияет. Хотя сей час появились импульсные преобразователи с наноамперным потреблением, можно даже на 2032 ставить.
Всеобъемлеще, спасибо! Следующая статья, надеюсь, будет про защиту от перенапряжения и кратковременных импульсов ?
Хочу предложить легка модифицированный вариант схемы с обратным параллельным диодом. Если на входе схемы включить последовательно восстанавливаемый предохранитель (polyfuse), а диод заменить на стабилитрон, то:
При "переполюсовке" через цепь стабилитрон-предохранитель будет протекать большой ток и предохранитель разогревшись будет "почти полностью" разрывать цепь. При восстановлении правильной полярности работа предохранителя автоматически восстанавливается.
При перенапряжении (пусковых скачках напрядежения), стабилитрон будет выполнять защитную функцию, открываясь в обратном направлении он будет сливать "излишки" тока разогревая предохранитель. Если перенапряжение будет слишком большим или достаточно долгим, то предохранитель разорвет цепь.
Такая простая схема позволяет решить сразу две задачи - защита от переполюсовки и от перенапряжения. У решения есть свои проблемы, но для низковольтовых (батареечных) схем оно более чем пригодно.
Вспомнилась также статья (ныне недоступная здесь): Прекращаем ставить диод - о защите от обратного тока для предотвращения разряда аккумулятора.
Решение с накачкой заряда тут интересное. Но эта схема - тот же идеальный диод, только сложнее. И автор забыл учесть собственное напряжение смещения входа усилителя/компаратора.
Все штатные ЗУ акумуляторов защищены от обратного тока. Но я недавно столкнулся с необходимостью защиты от кривых рук переполюсовки аккумулятора при заряде от лабораторного БП. Я поначалу не поверил, что лабораторник можно сжечь, но пытливые умы способны на всё. И линейный сожгли, и импульсный. Простого решения для такой защиты я пока не нашёл.
Про защиту аккумуляторов я хочу отдельно статью написать. В этой теме есть своя специфика - ток в обе стороны течёт. Есть интересные транзисторные схемы, и микросхемы есть интересные. Может года через пол соберусь с духом ))
есть своя специфика - ток в обе стороны течёт
Да. И ещë падение напряжения на диодах не даëт точно выставить напряжение окончания заряда.
Релейная защита похожа на то, что надо. Или еë аналог на мосфетах. Буду копать дальше.
А обратный диод/tvs плюс обычный плавкий предохранитель - чем не простая схема? Tvs при срабатывании коротит и сжигает плавкую вставку. Видел в некоторых лабораторниках напаяны tvs прямо на выходные клеммы.
Да, тоже вариант. Я при ремонте этих БП даже превентивно поставил туда обратные диоды с большим допустимым током.
Осталось подобрать предохранитель, который бы гарантированно защитил этот диод. С 12 В аккумом проблем нет, но у нас большие банки лития. При напряжении 3-4 В обычная плавкая вставка не всегда горит. При 2-3 В - ещё хуже. Попробую поискать, скорее всего какие-то специальные предохранители есть для совсем низких напряжений.
В ноутбучных аккумах активно применяются управляемые предохранители. На них подаешь ток (в цепь управления) и они переплавляются, размыкая уже рабочую цепь. В цепь управления можно подавать напряжение через обратно включенный диод, предохранитель тогда будет срабатывать при обратной полярности. Можно попробовать с ними поиграться.
Удивительная история, но в радиолюбительских схемах встречается такое решение
Ничего себе заявление. Да в половине проф. схем так сделано. Почти вся автоэлектроника имеет такой вход. ЭБУ, магнитолы...
Можно ещё оптопару поставить, если уж совсем сурово подходить к вопросу))
Вообще-то написано красиво, с выкладками. Но самая простая защита от переполюсовки по питанию, этот диодный мост. А защита сигнальных и выходных каскадов должна быть на уровне разработки.
Мост плох тем, что у него условный входной "минус" получается отвязанным от минуса остальной схемы диодом, что очень часто бывает недопустимо. Если питание гальванически развязано или схема - вещь в себе, не имеет никакой связи с внешним миром, то это не проблема, но чаще используют простые dc/dc и схема имеет входные и выходные сигналы, привязанные к общему проводу.
Два ряда контактов с повышенной плотностью размещения, что требует более высокого класса печатной платы и большего числа ее слоев. Как-то надо это еще и спаять.
Да не требует, есть разьемы только с питанием или только с USB2, которые по плотности контактов плюс-минус такие же.
Защита от переплюсовки должна быть реализована на уровне анализа полярности подключаемых цепей логикой с задержкой включения и световой ( звуковой) индикацией предупреждения. Тогда и падение напряжения включением дополнительных схем в разрыв можно избежать.
А вот другая сторона медали.
А как сделано, что аккумулятор можно вставлять как хочешь?
А вы точно опытный схемотехник?!
При параллельном включении, в случае не правильной полюсовки, защитный диод должен пробиваться и вызывать КЗ, а не ограничивать напряжение! Я такое видел на автомобильных радиостанциях. Естественно, это должно вызывать гарантированное перегорание предохранителя в цепи питания. Таким образом, при ошибке, выгорают диод и предохранитель. И никакого отгорания клемм и прочего!
Где вы вычитали, что диод стабилизирует напряжение? Я вроде бы такого не писал. И даже если в тексте моей статьи вам так показалось, я это точно не имел ввиду.
В идеале параллельный диод и предохранитель все таки должны быть подобраны так, чтобы перегорал только предохранитель, а диод оставался исправен.
Картинка нейросетью сгенерированная с трехногими конденсаторами? Или что это?
Заглавная? Да, похоже нейросетевое
Да, решил попробовать возможности нейросети. По законам жанра статья должна иметь превью. Это было непросто, основная проблема - необходимость идти на компромис. То, что в свободном доступе, очень плохо держит контекст. В основном открытые редакторы держат контекст не больше десяти фраз. В итоге имеем по три ноги у конденсаторов, либо это вообще на печатную плату не похоже.
Лет 10 назад сталкивался с ремонтом автомагнитол после переполюсовки при попытке самостоятельно подключить.
Штук 5 точно было разных моделей - у всех на входе питания был диод параллельно питающим проводам в обратной полярности. У всех роль предохранителя сыграла дорожка на плате, диод ушел из жизни и стал просто проводником, но при этом все магнитолы выжили.
Хорошая статья, спасибо! Будем рады видеть ее на Технотексте-7 в номинации «Железо: проектирование и технологии производства» — https://habr.com/ru/companies/yadro/articles/879294/ (здесь подробнее о номинации и призах для авторов-победителей). А здесь можно отправить статью на конкурс: https://technotext.habr.com/#Registration. Ждем вас в списках!
Защита схемы от переполюсовки, что может быть проще?