Vidlákovo elektro 15. Ochrana proti přepólování 2.

16. září 2012 v 5:36 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Říká se, že opatrného muže poznáte podle toho že má kšandy i pásek zároveň. No nejsem si jistý, že blondýny vědí co to jsou kšandy, takže rychle k elektru.

Někdy prostě nemůžete použít nepřepólovatelný konektor, nebo musí ochrana proti přepĺování být tak dokonalá, že krom mechanické potřebujete i elektronickou ochranu.
Omlouvám se za ručně kreslenou malůvku. Probereme vše důkladně.
A - je úplně nejjednodušší ochrana proti přepólování - dioda v napájení, často ve spojení s velkým kondenzátorem za ní může mít zároveň funkci "Kubáčovy magické diody" která brání resetování procesoru při velkých proudových odběrech. Problém tohoto zapojení je v úbytku napětí na diodě, které u klasických diod činí 0,7V a u Schottkyho kolem 0,4V takže pokud potřebujete diodou prohnat proud 10A klasická dioda "protopí" 10 * 0,7 = 7 Wattů a to je hodně.

Proto zejména výrobci radiostanic si zvykli používat destruktivní paralelní ochanu dle obr.B. Při správném pólování se neděje nic při přepólování se dioda otevře a pojistka shoří. Tolik teorie, problémem je praxe - pojistka musí být dimenzována na proud, který je o něco větší než je maximální proudová spotřeba obvodu. Tudíž i dioda by měla být dimenzována na ještě větší proud než pojistka - což vede k diodám na 5-20A - obrovským. Takže v praxi se na to výrobci vysílaček (a i robotici) často vykašlou a dají tam nějakou normální diodu a počítají s tím, že při přepólování prostě shoří i ona. Přitom doufají že shoří ve zkratovaném stavu, protže jestli shoří v rozpojeném stavu tak je "její oběť" zbytečná a obvod stejně dostane ránu.
Zdá se, že nevýhody převažují, ale světe div se - sám tento způsob ochrany používám zejména u MOSFETových můstku řidicich motory - pojistku v nich najdete, ale diodu byste hledali marně, přesto tam je - jsou to "substrátové diody" MOSFETů, nebo ochranné diody u bipolárnícm můstků, které tam stejně musí být k potlašení napěťových špiček na indukčnosti motoru.
Z praktického hlediska se snažím vyhnout trubičkovým pojistkám, které při přepólování "jenom shoří" a raději používám Polyswitche - vratné tepelné pojistky, často i v kombinaci s "magickou diodou" která chrání procesor a s malinkatou ochrannou diodou, která chrání ostatní elektroniku.

Kupodivu ani pojistka nemá nulový odpor - hlavně pokud je to pojistka v držáku a navíc musí mít i odpor na kterém vznikne teplo, které ji nakonec přepálí. A ještě navíc tahle ochrana je opravdu někdy destruktivní v tom smyslu, že proudy prři přepólování jsou obrovské a třeba přehoří i spoje na desce - takže pro dokonalou blbuvzdornost je vhodné zapojení dle schemátka B. Při přepólování se tranzistor ani neotevře žádné obrovské proudy nikam netečou, nic nehoří. Zdánlivá idylka, která má dva problémy.
1. Pro dokonalé vybuzení by proud do báze tranzistoru měl být kolem 10% proudu kolektorem - už při 1A je 100mA relativně hodně.
2. Při velkém napětí baterie - nad 12V hrozí lavinový průraz báze tranzistoru a tím selhání ochranné funkce.

Proto máme téměř ideální zapojení D - tím že tranzitor PNP vyměníme za P-MOSFET zmizí nám problémy s budícím proudem do báze. Navíc tenhle MOSFET je celou dobu zapnutý, takže si nemusíme dělat starosti s kapacitou hradla a vybrat typ pro obrovské proudy 100A a výše, jeho odpor v zapnutém stavu je nepatrný (někdy menší než odpor plošného spoje). Opět idylka, akorát u napětí kolem nad 5V a více nesmíme zapomenout na ochrannou zenerovu diodu (červeně), která zajístí aby napětí GATE-SOURCE nestouplo nad výrobcem doporučenou mez (obvykle 5-20V - viz datasheet) podle typu MOSFETu.
Druhý problém je substrátová dioda MOSFETU - při návrhu zapojení musíme dát pozor abychom ji zapojili tak aby při přepólování nevedla. Takže když se podíváte na obrázek je vám jasné, že jsem nevědomky předvedl jak se to nemá dělat, protože při přepólování mého schématku vám proud projde i vypnutým MOSFETEM. Správně to má být zrcadlově obráceně - berte to tedy jakože tedy baterka je připojená na pravé svorky a zbytek obvodu na levé (opačně než ostatní schémátka). Promyslete to s tužkou a papírem pro obě polarity a uvidíte ....

Pro speciální případy (vysoká napětí, velké proudy, konzervativně ladění robotici) se stejné zapojení dá udělat i s relé - schémátko E. Jedna dioda propouští proud přes cívku relé jenom když je polarita baterky správná. Druhá dioda chrání před napěťovou špičkou na indukčnosti cívky relé když se baterka odpojí.

Poslení zmínka - celá řada jiných obvodů má chránicí funkcí "jen tak mimochodem" jako příklad jsem uvedl klasický čtyřdiodový Graetzův usměrňovač schémátko F - který usměrňuje střídavý proud a tudíž "logicky" umožňuje zapojení provozovat při obou polaritách stejnosměrného proudu.
Úplní paranoici si mohou do obvodu zapojit i indikaci přepólování. D1 je červená LED - svítí když je přepólováno D2 je zelená led svítí když je všechno v pořádku. Pokud se vám zelená kontrolka nehodí dejte tam obyčejnou nesvítivou diodu, ale D2 nevynechávejte protože svítivé diody v závěrném směru více než 5 voltů nevydrží.

Ještě oblibená rada pro brunety - baťoch a pohory jsou pro jisté muže více sexy než latexový obleček a bič -tak využijte toho že jste bruneta a hrr. s chlapem na hory. Jenom si dejte pozor aby na vás nebylo vidět, že baťoch nesete poprvé v životě.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Žirafka Žirafka | E-mail | Web | 16. září 2012 v 12:39

Ovšem toto je řešení přímo vražedné http://www.zirafoviny.cz/modules/news/article.php?storyid=6 :-)

2 Milan Milan | 17. listopadu 2013 v 15:26

Dík za článek.

Trochu mne v textu zmátla věta:
"... destruktivní paralelní ochrana dle obr.B".
Pak jsem pochopil, že tam máš překlep a správně má být "... dle obr. C"

A Graetzův můstek má tu nevýhodu, že sníží vstupní napětí o dvojnásobek oproti zapojení s jednou diodou (na obrázku A).

3 Tomík Tomík | 6. března 2015 v 22:03

Dovolil bych si jenom ke Gräetzu - je taky dobré si uvědomit, že nám sice "automatizuje polaritu", ale je potřeba zajistit oddělení vstupu a výstupu - typicky třeba v autech. Pokud má vstupní napětí kostřený plus (což měly některá stará auta - dnes už veteráni), tak sice pomocí můstku můžeme připojit nové autorádio, ale pokud se spojí kovová část rádia s kostrou auta, tak je celkem jasné, jak bude můstek fungovat...

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama