Перейти к содержанию

Защита от переполюсовки

Если перепутать провода питания, при обратной полярности открываются защитные диоды микросхем и повреждаются электролитические конденсаторы. Защита от переполюсовки — элемент на входе, который при неправильном подключении не пускает ток в схему.

Обновлено Редакция GAW

Защита от переполюсовки (reverse polarity protection) — элемент на входе питания, который не пропускает ток в схему, если плюс и минус перепутаны. TI в заметке SLVAE57B объясняет, что именно ломается без неё: при обратной полярности открываются защитные ESD-диоды микросхем и пробиваются электролитические конденсаторы.

Варианты

СхемаПадениеОсобенности
Последовательный диоддо 0,5 В при 3 А (Шоттки SS34)проще всего; потери P = UF·I; у Шоттки растёт утечка с температурой
P-MOSFET в цепи плюсаRDS(on)·Iне блокирует обратный ток
N-MOSFET в минусеRDS(on)·Iобщий провод схемы сдвигается относительно источника
Контроллер идеального диода~20 мВ при малом токе, при полном — I·RDS(on)блокирует и переполюсовку, и обратный ток

Например, Шоттки SS34 на 3 А по даташиту Vishay теряет до 0,5 В, то есть около 1,5 Вт при полном токе (наш расчёт), а MOSFET с сопротивлением канала 50 мОм при том же токе — 0,45 Вт (наш расчёт, 3²·0,05).

Как работает MOSFET-защита

MOSFET ставят так, чтобы его встроенный диод был направлен по нормальному току (TI SLVA139). При правильной полярности ток сначала идёт через этот диод, на затворе появляется открывающее напряжение, и канал с малым сопротивлением шунтирует диод. При перепутанной полярности затвор не открывается, а встроенный диод заперт.

TI в SLVAE57B разделяет две задачи: защиту от переполюсовки (RPP) и блокировку обратного тока (RCB). P-MOSFET решает первую, но открытый канал проводит в обе стороны, и при провале входа конденсаторы схемы разряжаются обратно. Обе задачи решает контроллер идеального диода — например, LM74700-Q1 при малом токе держит на MOSFET падение 20 мВ, при большом падение равно I·RDS(on) — TI советует выбирать RDS(on) от 20 мВ/I до 50 мВ/I, — а при обратном токе выключает MOSFET за 0,45 мкс.

Не путать с защитой от перенапряжения: переполюсовка — это знак напряжения, а не его величина. Подробный разбор с расчётом потерь и выбором MOSFET — в статье «Защита от переполюсовки».

Частые вопросы

Какую защиту от переполюсовки выбрать?

Для малых токов — последовательный диод: просто, но теряется прямое напряжение диода, у Шоттки SS34 до 0,5 В. Для токов в амперы — P-MOSFET в плюсе (падение RDS(on)·I) или N-MOSFET в минусе. Для автомобильных и батарейных схем, где важен обратный ток и переходные процессы, — контроллер идеального диода вроде LM74700-Q1.

Почему MOSFET в защите включают «наоборот»?

Чтобы его встроенный диод был направлен по нормальному току. При правильной полярности ток сначала идёт через встроенный диод, затвор получает открывающее напряжение, и канал шунтирует диод. При обратной полярности затвор не открывается, а встроенный диод заперт — ток не идёт.

Защищает ли P-MOSFET от обратного тока?

Нет. TI в SLVAE57B подчёркивает: схема с P-MOSFET защищает от перепутанной полярности, но открытый канал проводит в обе стороны, и при провале входа конденсаторы схемы разряжаются обратно во вход. Блокировку обратного тока даёт контроллер идеального диода.

Источники

  1. Texas Instruments. Reverse Current/Battery Protection Circuits (SLVA139, June 2003) — последовательный диод и его падение; N-MOSFET в обратном проводе и P-MOSFET в цепи плюса, встроенный диод в направлении нормального тока; падение RDS(on)·I
  2. Texas Instruments. Basics of Ideal Diodes (SLVAE57B, February 2021, revised October 2021) — разд. 2: обратная полярность повреждает ESD-диоды микросхем и электролитические конденсаторы; недостатки диода Шоттки — мощность и утечка, растущая с температурой; 4.1: P-MOSFET не блокирует обратный ток; 4.4: N-MOSFET в минусе сдвигает землю; разд. 5: защита от переполюсовки (RPP) и блокировка обратного тока (RCB) — разные задачи
  3. Texas Instruments. LM74700-Q1 Low IQ Reverse Battery Protection Ideal Diode Controller (SNOSD17G, revised December 2020) — контроллер идеального диода 3,2–65 В, выдерживает −65 В; регулирует падение на MOSFET 20 мВ при малом токе; разд. 10.1.1.2.2: RDS(on) от 20 мВ/I до 50 мВ/I; обратный ток выключает за 0,45 мкс тип.
  4. Vishay. SS32 … SS36: Surface-Mount Schottky Barrier Rectifier (doc. 88751, revision 23-Apr-2020) — SS34: 40 В, 3 А, VF не больше 0,5 В при 3 А

Нашли ошибку?

Смотрите также