Защита от переполюсовки зарядного устройства. Надежная защита для блоков питания и зарядных устройств: схемы и рекомендации

Для цепей на стороне нагрузки этот подход превосходит диод, поскольку напряжение источника (батареи) усиливает полевой МОП-транзистор, обеспечивая меньшее падение напряжения и более высокую проводимость. Версия схемы NMOS предпочтительнее версии PMOS из-за более высокой проводимости, более низкой стоимости и лучшей доступности дискретных транзисторов NMOS. В обеих схемах полевой МОП-транзистор проводит ток, когда напряжение батареи положительное, и отключается, когда напряжение батареи меняется на противоположное.Физический «сток» полевого МОП-транзистора становится электрическим источником, поскольку он имеет более высокий потенциал в версии PMOS и более низкий потенциал в версии NMOS. Поскольку полевые МОП-транзисторы электрически симметричны в области триода, они одинаково хорошо проводят ток в обоих направлениях. При таком подходе транзистор должен иметь максимальные значения VGS и VDS, превышающие напряжение батареи.

К сожалению, этот подход действителен только для цепей на стороне нагрузки и не будет работать с цепью, которая может заряжать аккумулятор.Зарядное устройство вырабатывает мощность, повторно активируя полевой МОП-транзистор и восстанавливая соединение с перевернутой батареей. Пример использования версии NMOS показан на рис. 2 , где батарея показана в состоянии неисправности.

Когда батарея подключена, а зарядное устройство неактивно, нагрузка и зарядное устройство безопасно отсоединены от перевернутой батареи. Однако, если зарядное устройство становится активным, например, если подключен входной разъем питания, тогда зарядное устройство создает напряжение от затвора к источнику NMOS, повышая его, что приводит к проводимости.Это можно лучше представить на Рис. 3 .

Нагрузка и зарядное устройство изолированы от обратного напряжения, но теперь защитный полевой МОП-транзистор страдает чрезвычайно сильным рассеиванием мощности. В этом случае зарядное устройство становится разрядным устройством. Схема придет в состояние равновесия, когда зарядное устройство батареи обеспечит достаточную опору затвора для полевого МОП-транзистора, чтобы поглотить ток, подаваемый зарядным устройством.Например, если VTH сильного полевого МОП-транзистора составляет около 2 В, а зарядное устройство может выдавать ток на уровне 2 В, то выходное напряжение зарядного устройства батареи установится на 2 В со стоком полевого МОП-транзистора на 2 В плюс напряжение батареи. Рассеиваемая мощность в MOSFET равна ICHARGE • (VTH + VBAT), нагревая MOSFET до тех пор, пока она не стечет с печатной платы. Версия PMOS этой схемы постигла та же участь.

Ниже представлены две альтернативы предыдущему подходу, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

N-канальный МОП-транзистор

Первый подход использует устройство блокировки NMOS, как показано на рис. 4 .

Алгоритм этой схемы заключается в том, что блокирующий МОП-транзистор должен быть отключен, если напряжение батареи превышает выходное напряжение зарядного устройства. В этой схеме MN1 подключается к стороне низкого уровня соединения между зарядным устройством / нагрузкой и клеммами аккумулятора, как в подходе NMOS, описанном выше.

Однако транзисторы MP1 и Q1 теперь обеспечивают схему обнаружения, которая отключает MN1, если батарея перевернута. Аккумулятор с обратным подключением поднимет источник MP1 над своим затвором, который подключен к положительной клемме зарядного устройства. Затем сток MP1, в свою очередь, подает ток на базу Q1 через R1. Затем Q1 шунтирует затвор MN1 на землю, предотвращая протекание тока заряда в MN1. R1 управляет базовым током Q1 во время обнаружения обратного хода, а R2 обеспечивает утечку для базы Q1 в нормальном режиме работы.R3 дает Q1 право заземлить ворота MN1. Делитель напряжения R3 / R4 ограничивает напряжение на затворе MN1, так что напряжение затвора не должно падать так далеко во время горячего подключения батареи.

Наихудший случай — когда зарядное устройство батареи уже активно, вырабатывая постоянный уровень напряжения, когда прикреплена перевернутая батарея. В этом случае MN1 необходимо выключить как можно быстрее, чтобы ограничить время, в течение которого рассеивается большая мощность. Эта версия схемы с R3 и R4 лучше всего подходит для свинцово-кислотных систем на 12 В, но R4 можно исключить в приложениях с более низким напряжением, таких как одно- и двухэлементные литий-ионные продукты.Конденсатор C1 обеспечивает сверхбыстрый зарядный насос для опускания затвора MN1 во время обратного подключения батареи. C1 особенно полезен для наихудшего сценария, когда, опять же, зарядное устройство уже включено, когда происходит обратное подключение батареи.

Недостатком этой схемы является необходимость в дополнительных компонентах и ​​то, что делитель R3 / R4 создает небольшую, но постоянную нагрузку на батарею.

Большинство этих компонентов крошечные. MP1 и Q1 не являются силовыми устройствами и обычно их можно найти в небольших корпусах, таких как SOT23-3, SC70-3 или даже меньше.MN1 должен быть очень проводящим, поскольку он является проходным устройством, но не должен быть физически большим. Поскольку он работает в глубоком триоде с большим усилением затвора, его рассеиваемая мощность будет низкой даже для устройства со средней проводимостью. Например, транзисторы с сопротивлением менее 100 мОм часто можно найти и в SOT23-3.

Обратной стороной транзистора с малой пропускной способностью, однако, является то, что дополнительный импеданс, включенный последовательно с зарядным устройством, увеличивает время зарядки во время фазы зарядки постоянным напряжением.Например, если батарея и ее кабели имеют эквивалентное последовательное сопротивление 100 мОм и используется блокирующий транзистор 100 мОм, время зарядки в фазе зарядки с постоянным напряжением удвоится.

Схема обнаружения и отключения MP1 и Q1 не особенно быстро отключает MN1, и в этом нет необходимости. Хотя MN1 видит большое рассеивание мощности при обратном подключении батареи, цепи выключения просто необходимо отключить MN1 «в конце концов». Необходимо отключить MN1 до того, как MN1 нагреется достаточно, чтобы его можно было повредить.Время отключения в десятки микросекунд, наверное, нормально. С другой стороны, отключение MN1 до того, как перевернутая батарея получит шанс потянуть зарядное устройство и отрицательное напряжение нагрузки, имеет решающее значение, поэтому требуется C1. По сути, эта схема имеет пути отключения переменного и постоянного тока.

Эта схема была протестирована со свинцово-кислотным аккумулятором и зарядным устройством LTC4015. Рисунок 5 показывает зарядное устройство в выключенном состоянии, когда происходит обратное горячее подключение аккумулятора. Обратное напряжение на зарядное устройство и нагрузку не передается.

Обратите внимание, что для MN1 требуется рейтинг VDS, равный напряжению батареи, и рейтинг VGS, равный половине напряжения батареи. MP1 требует номиналов VDS и VGS, равных напряжению батареи.

На рисунке 6 показан более тяжелый случай запуска и работы зарядного устройства, когда происходит обратное горячее подключение аккумулятора. Обратное соединение снижает напряжение на стороне зарядного устройства до тех пор, пока цепи обнаружения и защиты не отключат его, позволяя зарядному устройству безопасно вернуться к своему постоянному уровню напряжения.Динамика зависит от области применения, и емкость зарядного устройства будет играть ключевую роль в результате. В этом тесте зарядное устройство для аккумуляторов имело как керамический конденсатор с высокой добротностью, так и полимерный конденсатор с более низкой добротностью.

Алюминиево-полимерные и алюминиево-электролитические конденсаторы в любом случае рекомендуется использовать в зарядном устройстве для повышения производительности при обычном горячем подключении аккумулятора. Из-за своей крайней нелинейности чистые керамические конденсаторы производят чрезмерно высокие выбросы во время горячей замены, поскольку их емкость падает на шокирующие 80% при увеличении напряжения с 0 В до номинального.Эта нелинейность способствует протеканию большого тока при низком напряжении, в то же время быстро теряя емкость при повышении напряжения; смертельная комбинация, приводящая к выбросу очень высокого напряжения. Эмпирически наиболее надежным представляется сочетание керамического конденсатора и стабильного по напряжению алюминиевого или даже танталового конденсатора с более низкой добротностью.

Конструкция P-канального МОП-транзистора

Второй подход с использованием транзистора PMOS в качестве защитного устройства показан на рис. 7 .

В этой схеме MP1 является обратным устройством обнаружения батареи, а MP2 — обратным блокирующим устройством. Положительный полюс батареи сравнивается с выходом зарядного устройства батареи источником с напряжением затвора MP1. Если напряжение на клеммах зарядного устройства батареи выше напряжения батареи, MP1 отключает устройство первичного прохода MP2. Следовательно, если напряжение аккумуляторной батареи находится ниже уровня земли, очевидно, что устройство обнаружения MP1 отключит проходное устройство MP2, приглушив его затвор к источнику.Он будет предоставлять эту услугу независимо от того, включено ли зарядное устройство аккумулятора и подает напряжение заряда или отключено при 0 В.

Эта схема имеет высшее преимущество, заключающееся в том, что блокирующий транзистор PMOS, MP2, не имеет права передавать отрицательное напряжение на схему зарядного устройства и вообще на нагрузку. Рисунок 8 иллюстрирует это более наглядно.

Наименьшее достижимое напряжение на затворе MP2 составляет 0 В через R1.Даже если слив MP2 находится глубоко под землей, его источник не будет оказывать значительного давления вниз. Как только напряжение источника падает до VTH транзистора над землей, транзистор сам снимает смещение, и его проводимость падает. Чем ближе источник к земле, тем более смещенным становится транзистор. Эта характеристика, наряду с простой топологией, делает этот подход более привлекательным, чем подход NMOS, показанный ранее. У него есть недостаток в более низкой проводимости и более высокой стоимости транзистора PMOS по сравнению с подходом NMOS.

Хотя эта схема проще, чем подход NMOS, она имеет еще один недостаток. Хотя он всегда защищает от обратного напряжения, он не всегда может подключать цепь к батарее. При перекрестном соединении вентилей, как показано, схема образует блокирующий элемент памяти, который может выбрать неправильное состояние. Хотя это и трудно достичь, существует состояние, при котором зарядное устройство вырабатывает напряжение, скажем 12 В, батарея подключается с более низким напряжением, скажем 8 В, и цепь отключается. В этом случае напряжение между источником и затвором MP1 составляет +4 В, увеличивая MP1 и отключая MP2.Этот случай показан на рис. 9 со стабильными напряжениями, указанными на узлах.

Для достижения этого состояния зарядное устройство должно быть включено при включении аккумулятора. Если аккумулятор применяется до включения зарядного устройства, ворота MP1 поднимаются аккумулятором, полностью отключая MP1. Когда зарядное устройство включается, оно вырабатывает контролируемый ток, а не сильноточную пробку, что снижает вероятность включения MP1 и выключения MP2.

С другой стороны, если зарядное устройство включается до подключения батареи, затвор MP1 просто следует за выходом зарядного устройства батареи, поскольку он подтягивается стравливающим резистором R2. Без батареи MP1 вообще не имеет склонности включать и отключать MP2.

Проблема возникает, когда зарядное устройство уже включено и работает, а затем подсоединяется аккумулятор. В этом случае будет мгновенная разница между выходом зарядного устройства и клеммой батареи, которая будет побуждать MP1 отключать MP2, поскольку напряжение батареи заставляет емкость зарядного устройства ассимилироваться.Это составляет состояние гонки между способностью MP2 снимать заряд с конденсатора зарядного устройства и способностью MP1 отключать MP2.

Эта схема также была протестирована со свинцово-кислотным аккумулятором и зарядным устройством LTC4015. Подключение сильно нагруженного источника питания 6 В в качестве эмулятора батареи к уже включенному зарядному устройству никогда не приводило к переходу в состояние «отключено». Тестирование не было исчерпывающим, и его следует проводить более тщательно в критически важных приложениях. Даже если цепь отключилась, отключение зарядного устройства и повторное включение всегда приведет к повторному подключению.

Состояние неисправности можно продемонстрировать путем искусственного изменения схемы с временным подключением сверху R1 к выходу зарядного устройства. Однако считается, что эта схема имеет значительно более высокую склонность к подключению, чем к отключению. Если отказ от подключения действительно становится проблемой, можно разработать схему, которая отключит зарядное устройство для других устройств.Пример показан на более полной схеме Рисунок 12 .

На рисунке 10 показан результат работы схемы защиты PMOS с отключенным зарядным устройством. Обратите внимание, что зарядное устройство и напряжение нагрузки не показывают никакой передачи отрицательного напряжения. Рисунок 11 показывает эту схему в зловещем состоянии, когда зарядное устройство уже подключено, когда перевернутая батарея подключена к горячему подключению.Нельзя отличить от результатов схемы NMOS, обратная батарея несколько снижает напряжение зарядного устройства и нагрузки до того, как размыкающая цепь отключает транзистор MP2.

В этой версии схемы транзистор MP2 должен выдерживать VDS, равное удвоенному напряжению батареи (одно для зарядного устройства и одно для перевернутой батареи), и VGS, равное одному напряжению батареи. MP1, с другой стороны, должен выдерживать VDS с одним напряжением батареи и VGS с удвоенным напряжением батареи.Это требование неуместно, поскольку номинальное значение VDS всегда превышает номинальное значение VGS для полевых МОП-транзисторов. Можно найти транзисторы с допуском VGS 30 В и допуском VDS 40 В, которые подходят для свинцово-кислотных приложений. Для поддержки аккумуляторов с более высоким напряжением в схему необходимо добавить дополнительные стабилитроны и токоограничивающие резисторы.

На рисунке 12 показан пример схемы, которая может работать с двумя свинцово-кислотными батареями, установленными последовательно. D1, D3 и R3 защищают ворота MP2 и MP3 от высокого напряжения.D2 предотвращает перекачку затвора MP3 под землю и выход зарядного устройства вместе с ним, когда перевернутая батарея подключена к горячему подключению. MP1 и R1 обнаруживают, когда в цепи установлена ​​батарея в обратном порядке или находится в неправильном состоянии защелки отключения, и отключают зарядное устройство, используя отсутствующую функцию RT LTC4015.

Можно разработать схему защиты от обратного напряжения для приложений на основе зарядного устройства. Были разработаны некоторые схемы и проведено сокращенное тестирование с обнадеживающими результатами.Нет серебряной пули для решения обратной проблемы с аккумулятором, но, надеюсь, представленные подходы дают достаточно вдохновения для создания простого и недорогого решения.

Стивен Мартин (Steven Martin) — менеджер по дизайну зарядных устройств в компании Analog Devices.

Статьи по теме :

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве? Узнай здесь!

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве?

Чтобы сэкономить деньги и продлить срок службы аккумулятора, вы можете положиться на надежное зарядное устройство.Однако во время зарядки вы можете перепутать кабели и вместо этого расположить неправильные кабели на неподходящих клеммах. Это может привести к нарушению полярности.

Прежде чем мы ответим на вопрос «Что означает обратная полярность в зарядном устройстве для аккумуляторов», нам необходимо определить обратную полярность и изучить ее взаимосвязь с зарядным устройством.

Что такое полярность?

Полярность — это состояние системы, когда она проявляет противоположные физические свойства в разных точках, например электрические и магнитные свойства.Этот термин обычно используется в магнетизме, электричестве и в электронной сигнализации.

Во время образования электрического тока между двумя полюсами или точками один из полюсов имеет большее количество электронов, а второй — меньше.

Первый полюс с большим количеством электронов будет иметь отрицательную полярность, тогда как второй полюс с меньшим количеством электронов будет иметь положительную полярность.

Электрический ток возникает, когда вы соединяете оба полюса проводом, например, медным проводом.Электроны будут течь от отрицательной клеммы к положительной.

Это вызывает электрический ток, который течет в противоположном направлении от положительной клеммы к отрицательной.

Красный кабель используется для положительного подключения, а черный кабель — для отрицательного.

Батарея обратной полярности

Обратная полярность может возникнуть при неправильном подключении клемм и кабелей. При изменении полярности ток течет в неправильном направлении.В этой ситуации прикосновение к устройству может привести к поражению электрическим током или повреждению устройства.

Итак, что означает обратная полярность в зарядном устройстве?

При зарядке аккумулятора мы можем случайно перепутать кабели и подключить их к неправильным клеммам. Это называется обратной полярностью. Переключение полюсов происходит, когда отрицательный кабель соединяется с положительным, а положительный — с отрицательным. Когда это произойдет, это может привести к повреждению аккумулятора и других связанных с ним электрических компонентов.

Влияние обратной полярности на батарею

Обратная полярность имеет следующие эффекты:

1. Повреждение аккумулятора

Если вы случайно подсоедините не те кабели к клеммам, это изменит полярность батареи и может разрядить батарею.

Кроме того, полностью разряженный автомобильный аккумулятор может считаться пустым сосудом. На этом этапе полярность автомобильного аккумулятора МОЖЕТ быть изменена путем подключения кабелей к неправильным клеммам.Известно, что в некоторых случаях батареи могут годами оставаться в таком состоянии.

Однако, когда это происходит, может возникнуть опасность. Любой дополнительный нагрев, вызванный процессом обратной полярности, может привести к выделению из батареи газообразного водорода. В редких случаях это может привести к взрыву аккумулятора. Это приведет к выбросу кислоты и расплавленного пластика из аккумулятора, что может привести к серьезным травмам, поэтому этого следует избегать любой ценой.

2. Повреждение зарядного устройства

Неправильное подключение кабелей влияет на рабочие системы аккумулятора и зарядного устройства.Основное явление, стоящее за этим, заключается в том, что при изменении полярности клемм может возвращаться неправильная полярность обратно в зарядное устройство. Это приведет к необратимому повреждению зарядного устройства.

Однако в некоторых случаях зарядное устройство может быть повреждено лишь частично. Тогда он будет заряжаться медленнее.

3. Электрические компоненты и обратная полярность

Обратная полярность может также повредить электрические провода, детали и / или электронные компоненты транспортного средства, в котором находится аккумулятор.

Возможно, наиболее серьезным повреждением подвергается генератор переменного тока, замена которого может быть дорогостоящей. Если повезет, предохранители в автомобиле перегорят прежде, чем обратный ток достигнет других компонентов.

В противном случае замена ЭБУ также была бы дорогостоящей, хотя развлекательная система и навигационная система могли бы стоить дороже. Кроме того, не исключено, что компьютер тела и другие предметы также могут быть повреждены.

Интересно, что любые часы (аналоговые) или двигатель могут ненадолго работать в обратном направлении, прежде чем они уступят место неизбежному.

Однако это может быть преувеличением, поскольку большинство современных автомобилей теперь имеют защиту от обратной полярности на своих электронных модулях. Так что, возможно, ничего не произойдет, кроме, может быть, перегоревшего предохранителя.

Но вы действительно хотите рискнуть?

Что означает обратная полярность в зарядном устройстве — Вердикт

Мы никоим образом не рекомендуем менять полярность батареи. Он рискует получить серьезную травму из-за набитого кислотой лица — неприятно. ВСЕГДА надевайте защитные очки при трогании с места или при работе с аккумуляторными батареями автомобиля.

Главный ингредиент, необходимый для ошибки при неправильном подключении зарядного устройства к аккумулятору или аккумулятора к автомобилю, — это ВЫ.

Поэтому, кроме предохранительного снаряжения, рекомендуем внимательно проверять правильность сборки. Тогда проверьте еще раз. И, наконец, проверьте еще раз.

Тогда и только тогда вы должны быть готовы продолжить.

Planet Analog — Защита от обратной полярности: какой метод подходит именно вам?

Это гостевая статья Адриана Миколайчака из Fairchild Semiconductor.

Обратная полярность, являющаяся результатом установившегося обратного смещения или отрицательного переходного процесса, может вызвать серьезные проблемы в электрической системе. Большинство кремниевых устройств не рассчитаны на воздействие отрицательной полярности. Если не защищать от этого, это может привести к полному отказу электрооборудования или, если состояние достаточно серьезное, к возгоранию. Риск обратной полярности представляет собой реальную угрозу для широкого спектра очень популярных приложений, включая мобильную электронику, системы с батарейным питанием, устройства, которые подключаются к автомобильному источнику питания, игрушки с питанием от постоянного тока, продукты с разъемами типа бочонок и т. Д. Устройство постоянного тока подвержено отрицательной горячей замене или индуктивным переходным процессам.Системы, поддерживающие подключение по USB и / или зарядку по USB, особенно восприимчивы.

Что вызывает обратную полярность?
Есть несколько вещей, которые могут вызвать событие обратной полярности. По большому счету, производитель не может предотвратить эти вещи, и поэтому разработчикам важно добавить защиту самой системы до того, как она покинет завод. Наличие встроенной защиты от обратной полярности помогает сохранить систему и может снизить количество возвратов в результате повреждений, вызванных внешними факторами.

Вот некоторые из наиболее частых причин обратной полярности:

Использование неоригинального зарядного устройства или блока питания стороннего производителя. Рынок зарядных устройств сторонних производителей постоянно растет, и не все из них разработаны с учетом предотвращения обратной полярности. Например, доступны зарядные устройства с несколькими наконечниками питания, включая цилиндрические разъемы, разъемы USB или «специальные» телефонные разъемы, а в некоторых случаях зарядные устройства имеют обратные электрические контакты или полярность может быть установлена ​​пользователем.Это означает, что пользователь может создать проблему обратной полярности во время подключения, создав источник отрицательного напряжения или, что еще хуже, источник отрицательного напряжения, приложенного к устройству, на которое подается питание. Например, в случае с USB при быстром поиске в местных магазинах электроники было обнаружено два зарядных устройства сторонних производителей, которые могут перевернуть наконечник питания и вызвать событие обратной полярности.

Использование функции «горячего подключения» USB. К шине USB подключается все больше и больше устройств.На заре USB многие дизайнеры думали, что, поскольку источник питания USB контролировался спецификацией USB и поскольку USB-разъем имеет ключ, обратная полярность осталась в прошлом. Оказалось, что это не так. По мере увеличения количества устройств, использующих шину, также возрастают пределы потребляемой мощности и потребляемого тока. Например, для USB 2.0 ограничение по току для устройства шины составляет 0,5 А, а для USB 3.0 — 0,9 А, а при зарядке через USB — 1,5 А.

Реальность такова, что существует серьезная возможность обратной полярности с USB, и крупные производители систем продолжают подталкивать отрасль к новым экономичным решениям защиты.Реакцию рынка можно увидеть в спецификациях интерфейсных ИС, которые подключены к шине USB мобильных телефонов и других устройств. Исторически эти ИС были рассчитаны на работу только -0,3 В, но сегодня, из-за давления со стороны производителей оборудования, многие из этих ИС теперь рассчитаны на -2 В или даже -6 В.

Удобство возможности подключать или отключать мобильные устройства во время работы шины означает, что количество транзакций «горячего подключения» растет, равно как и объем и амплитуда переходных процессов горячего подключения.Эти индуктивные переходные процессы могут переключить шину в состояние обратной полярности. Хотя эти колебания обычно короткие, они могут быть значительными по амплитуде. При горячем отключении были измерены колебания напряжения на шине питания, превышающие ± 20 В. Этот переходный процесс может повлиять как на отключаемое устройство, так и на другие устройства на шине. По мере увеличения зарядных токов эта проблема только усугубляется. Развивающаяся среда делает надежную встроенную защиту растущим приоритетом для разработчиков систем, работающих с USB.

Использование неправильно вставленных батареек. Система с батарейным питанием может выйти из строя только потому, что батареи были вставлены неправильно с перевернутыми полюсами. Это особенно актуально для устройств, которые используют традиционные форм-факторы, такие как элементы питания AAA, AA, C и D, или CR123, CR2 или литиевые плоские элементы. В прошлом решение заключалось в создании механической конструкции, предотвращающей электрический контакт с выводами батареи, если батарея была вставлена ​​неправильно.

Но механические решения далеки от совершенства. Для них часто требуются специальные инструменты, потому что пружинные контакты требуют хорошо контролируемых допусков механической сборки для обеспечения надлежащего контакта, когда батарея вставлена ​​правильно, и отсутствия контакта, когда это не так. Эти жесткие допуски могут привести к долгосрочным проблемам с надежностью, поскольку необходимые пружины и контакты могут погнуться или выйти из строя. Даже нормальное использование с регулярными циклами установки может вызвать усталость контактов и со временем снизить надежность.

Использование розетки в развивающейся стране. В мире все еще есть места, где электрическая инфраструктура имеет мало требований к защите, и в результате источник питания может передавать большие переходные процессы по линии. Внутренняя проводка может усугубить ситуацию. В прошлом традиционные лампы накаливания помогали поглощать и подавлять переходную энергию в линии электропередач, но новые форматы, такие как светодиоды и CFL, не обладают такими характеристиками подавления. Переход к экономии энергии за счет перехода на более эффективные технологии освещения может иметь негативный побочный эффект, создавая проблему там, где ее раньше не было.Поскольку во всем мире условия для перенапряжения продолжают развиваться, и невозможно узнать, где будет использоваться конечный продукт или с какими сторонними зарядными устройствами и источниками питания, интеграция надежной защиты от обратной полярности может повысить надежность и обеспечить душевное спокойствие.

Подключение устройства к источнику питания автомобиля (самолета, поезда и т. Д.). Транспортные источники питания, такие как те, что используются в автомобилях, самолетах, поездах и даже мопедах или мотоциклах, общеизвестно «грязные».«Стартер или другой электродвигатель может тянуть сотни ампер с большими скачками тока, индуктивными выбросами и отрицательными переходными процессами. Во многих случаях адаптер питания в транспортном блоке питания включает защиту от обратной полярности, но есть исключения, особенно в случае недорогой замены. Ничего не подозревающий пользователь может вызвать событие обратной полярности, просто подключив устройство к гнезду прикуривателя автомобиля, не понимая, что это гнездо может вызвать сбой устройства.

Что должны делать проектировщики, чтобы предотвратить обратную полярность?
Поскольку существует множество способов вызвать событие обратной полярности, важно, чтобы проектировщики сделали все возможное, чтобы предотвратить повреждение системы обратной полярностью.Есть несколько способов сделать это, и у каждого метода есть свои компромиссы.

Мы сравнили ряд электронных решений и оценили их стоимость и эффективность. Наши номинальные категории включали стоимость решения, соответствующую стоимость проектирования или штрафы (например, падение напряжения, энергопотребление и место на плате), а также уровень защиты (для устойчивого состояния и возможность защиты от переходного обратного смещения). Мы оценивали устройства по знакомой шкале: «А» — лучшее, а «F» — худшее.Оценки были усреднены по одинаковой шкале, чтобы получить составную итоговую оценку. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Рейтинги для методов защиты от обратной полярности

См. Статью EDN «Защита от обратной полярности: изученные методы, часть 1» для получения подробной информации об этих надлежащих методах защиты.

для защиты от обратной полярности

Когда безопасность пользователя зависит от надежной работы оборудования — как, например, в случае со многими медицинскими устройствами и портативным горнодобывающим оборудованием, — электронные компоненты должны быть надежными.

Вот почему защита от обратной полярности становится критически важной для печатных плат во многих приложениях. Продолжайте читать, чтобы узнать о небольшом руководстве по проектированию печатных плат, которое поможет защитить ваш продукт.

Зачем нужна защита от обратной полярности?

Все, что связано с питанием постоянного тока , является кандидатом на защиту от обратной полярности. Все, что работает от батарей, может привести к обратному подключению батареи, использованию настенного источника питания переменного / постоянного тока с разъемом другой полярности или другим потенциальным сбоям.

Если вы не являетесь постоянным специалистом в своем штате, подумайте об обратной полярности с точки зрения предметов повседневного использования, таких как автомобильные аккумуляторы. Перевернутые полюса возникают, когда вы соединяете отрицательный кабель с положительным и наоборот. Это может повредить аккумулятор и другие электрические компоненты.

Любой продукт с батарейным питанием, который вы используете, когда он подключен к сети, будет находиться под напряжением через всю свою цепь и, таким образом, станет потенциальным источником поражения электрическим током.

Обратная полярность может привести к повреждению печатной платы и даже к отказу печатной платы, однако повреждение может быть трудно увидеть.Если это произойдет, скажем, с портативным компьютером, результаты могут быть весьма плачевными, но не фатальными. Если это произойдет с медицинским устройством, поддерживающим жизнь, , это может означать смерть .

Защита от обратной полярности не применяется к соединениям переменного тока.

Что можно сделать, чтобы предотвратить обратную полярность?

Схема должна выдерживать натиск напряжения обратной полярности без повреждений. Тот факт, что сегодня большая часть оборудования спроектирована так, чтобы пользователи не вставляли вилку неправильно, не решает проблему полностью.Повреждение печатной платы может произойти во время разработки и тестирования платы.

Чтобы защитить печатные платы от воздействия обратной полярности, вы можете выбрать несколько подходов:

• Вставить диод
• Вставьте диод Шоттки

Ни один из вариантов не идеален, но оба могут минимизировать вред и дать пользователям душевное спокойствие.

Добавление защитного диода

Размещение диода защиты от обратной полярности последовательно с линией электропитания обеспечивает механизм «отключения», который останавливает поток напряжения.Он не исправляет обратную полярность, но предотвращает нанесение большего вреда.

По сути, диод отделяет то, что осталось от цепи, от обратной полярности. Когда анодное напряжение ниже катодного напряжения, диод не пропускает ток.

Есть несколько минусов диода обратной полярности, хотя он эффективен и недорого. Например:

• При падении напряжения диод может вызвать остановку устройства раньше, чем это необходимо.
• Диод потребляет энергию и может сократить срок службы батарей.

Добавление диода Шоттки

Диод Шоттки не представляет ни одной из проблем, связанных с диодом предотвращения обратной полярности, и поэтому является лучшим решением. Однако есть как минимум один недостаток.

Диод Шоттки допускает намного больший обратный ток и напряжение на нагрузке. С другой стороны, обратный ток достаточно мал, и это не должно вызывать особого беспокойства.

Вы разрабатываете в первую очередь для безопасности?

Диоды защиты полярности довольно эффективны и предлагают очень экономичное решение. Но, например, с медицинским устройством вы не хотите преждевременной остановки. Последствия могут быть катастрофическими для пациента и для репутации вашей компании.

Для такого критически важного для жизни и безопасности оборудования, как медицинские приборы и горнодобывающее оборудование, кажется очевидным, что диод Шоттки является правильным выбором. Однако также важно правильно установить диод, поэтому вам следует проконсультироваться с контрактным производителем электроники перед проектированием печатной платы.Ваша общая цель должна заключаться в производстве искробезопасного оборудования, когда этого требует работа.

Конечно, лучшая стратегия защиты диодов — это в первую очередь избегать создания обратной полярности. Диоды предназначены для резервного копирования, и не следует воспринимать как должное. — идеальное решение.

Помогите! На моей батарее изменена полярность.

В настоящее время большая часть оборудования, которое можно купить на рынке, может быть повреждена полярностью из-за плохой техники проектирования.

Виновник: плохая конструкция оборудования

В дизайне есть область, в которой производители часто бывают виноваты. Это постоянная тенденция в их дизайне. Кажется, что 12-вольтовое и 24-вольтовое электронное оборудование более подвержено повреждениям. Это немного иронично, потому что большая часть оборудования разработана с той или иной защитой от обратной полярности. Обычно это диод и предохранитель.

Это теория: если произойдет обратная полярность, разработанный диод проведет и закоротит источник питания, чтобы заземлить и вызвать срабатывание предохранителя.Это защищает ваше оборудование. Это должно работать хорошо, если оборудование было спроектировано должным образом.

К сожалению, существует тревожное количество 12-вольтового и 24-вольтового электронного оборудования с этим конструктивным недостатком. Они делают медные следы на печатной плате очень маленькими. К сожалению, при этом через диод протекает большой ток, чтобы лопнуть предохранитель, который затем испаряет след питания печатной платы. Как только это произойдет, вам нужно будет заменить всю плату или отремонтировать.В любом случае это потребует дорогостоящего ремонта.

Может ли батарея поменять полярность?

Да, может, но только двумя способами. Во-первых, если вы его заправляете впервые. Если вы используете старое зарядное устройство, вы можете закоротить клеммы. Вы могли подключить зарядное устройство в обратном направлении и в конечном итоге зарядить аккумулятор в обратном направлении. Вы не увидите искры, потому что батарея действительно набирает напряжение, пока вы ее заряжаете. Короткого не хватит, чтобы создать искру

Вы также можете поменять полярность батареи после ее активации.Это редко, но возможно. Для того, чтобы это произошло, вам нужно будет выполнить последовательность ошибок, которые в конечном итоге приведут к обратной полярности.

Единственный способ полностью разрядить аккумулятор — это не заметить короткого замыкания, которое в конечном итоге приведет к снижению заряда аккумулятора. Через некоторое время аккумулятор полностью разрядится. Но для того, чтобы иметь отрицательный заряд, вам нужно будет подключить его назад и зарядить снова. Таким образом, для положительно заряженной батареи единственный способ полностью изменить сам себя — это полностью разрядить, а затем зарядить в обратном направлении.

Но может ли 12-вольтовая батарея поменять полярность на обратную?

Да, такое бывает. Если элементы батареи не сбалансированы, некоторые элементы разрядятся раньше других. По мере разряда они начнут менять полярность. Теперь, если есть внешний фактор, который не позволяет току течь, например, когда батареи соединены последовательно, а затем одна выходит из строя, батарея начнет менять полярность на некоторых или на всех своих элементах. На самом деле все не так плохо при установке, если нет внешних ошибок или ошибок, которые приводят к обратной зарядке.

Чтобы поддерживать аккумулятор в отличном состоянии, вам понадобится профессиональный специалист по обслуживанию аккумуляторов промышленного уровня, такой как этот от NOCO.

Комментарии будут одобрены перед появлением.

Что произойдет с аккумулятором при подключении с обратной полярностью?

Зарядка и разрядка батареи при неправильном и неправильном подключении

Мы знаем, что вторичная батарея (также известная как аккумулятор) — это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую и сохраняет ее для дальнейшего использования.Химические реакции во вторичных элементах обратимы при правильной полярности подключения батареи вместо обратной полярности.

Другими словами, химические компоненты в батарее можно поменять местами (к исходной и прежней форме), изменив направление тока в батарее. Протекание тока в режиме разряда (питание от батареи к подключенным устройствам) противоположно в случае зарядки (внешний источник обеспечивает энергию) аккумуляторной батареи.

В батареях есть внутренние пластины (свинцово-кислотные, щелочные и т. Д.), Известные как катод (положительный «+») и анод (отрицательный «-»).Например, положительная пластина изготовлена ​​из пероксида свинца (PbO ₂ ), а отрицательная пластина — из губчатого свинца (Pb). Легкая серная кислота (H ₂ SO ₄ ) используется в качестве электролитического раствора в батарее для правильной химической реакции.

Комбинированная химическая реакция в батарее может быть записана следующим образом во время зарядки и разрядки (или разрядки и заряженного элемента) свинцово-кислотной батареи:

Положительная пластина Отрицательная пластина Разряд электролита Положительная пластина Отрицательная пластина Вода

PbO ₂ + Pb + 2H ₂ SO ₄ ⇋ PbSO ₄ + PbSO ₄ + 2H ₂ O

Примечание:

• PbO ₂ + Pb + 2H SO ₂ Заряженный элемент
• PbSO ₄ + PbSO ₄ + 2H ₂ O = Элемент разряжен
• Полное уравнение (слева направо) = разряд i.е. действие разряда
• Полное уравнение (справа налево) = заряд, т. е. действие зарядки

При использовании аккумулятора как для зарядки, так и для разрядки необходимо подключить положительную клемму источника к положительной клемме аккумулятора, а отрицательный источник — к отрицательная клемма аккумуляторной батареи. ОК, понятно, но что будет, если неправильно вставить батарейки? Хорошо, давайте узнаем полярность и обратную полярность в батареях.

Полярность означает наличие противоположных физических свойств в разных точках.В случае батареи один полюс или пластина, имеющая больше электронов, называется анодом или отрицательной (-) клеммой. Другой, имеющий меньшее количество электронов, известен как катод или положительный (+) вывод.

Если мы соединим эти обе клеммы через проводник, имеющий сопротивление, ток начнет течь из-за разности потенциалов в обеих точках. Другими словами, электроны (электронный ток начнет течь от клеммы -Ve к клемме + Ve. Электрический (обычный) ток течет в противоположном направлении i.е. от положительного электрода к отрицательному.

Обратная полярность батареи — это случай, когда источник (для зарядки) или кабели нагрузки подключены неправильно, то есть источник или нагрузка Отрицательный к положительному полюсу батареи и источник или нагрузка Положительный к отрицательному полюсу аккумулятора . Из-за неправильного подключения в цепи может протекать ток, что может привести к серьезным травмам и повреждению оборудования.

Достаточно основного, теперь переходим к пункту i.е. что произойдет с аккумулятором, если его неправильно зарядить? или что происходит при зарядке аккумулятора с обратной полярностью зарядным устройством?

Существует три следующих сценария:

• Подключение аккумулятора к зарядному устройству с обратной полярностью
• Подключение аккумулятора к нагрузке с обратной полярностью
• Подключение аккумулятора к другому аккумулятору с обратной полярностью

Давайте обсудим один за другим в деталях.

Если случайно, случайно или намеренно зарядное устройство аккумулятора (или солнечная панель, инвертор и т. Д.) Подключилось неправильно i.е. отрицательный и положительный заряд зарядного устройства, подключенные к положительной и отрицательной клеммам аккумулятора соответственно, может произойти следующее:

• Ток, протекающий в батарею через зарядное устройство, может сжечь электронные компоненты внутри зарядного устройства (если не предусмотрена обратная защита производителем). Короче говоря, это может частично или полностью повредить схему зарядного устройства. Если номинальная мощность зарядного устройства меньше емкости аккумулятора, это приведет к перегрузке цепи и может отключить автоматический выключатель, чтобы прервать работу схемы.Если мощность зарядного устройства превышает емкость аккумулятора, это может привести к перегреву аккумулятора и возгоранию с выбросом.
• Это может привести к разрядке аккумулятора искрой или необратимому повреждению аккумулятора. Другими словами, при подключении батареи с обратной полярностью источник постоянного тока будет утаскивать электроны с отрицательной клеммы батареи и подталкивать их к положительной клемме. Это постепенно разряжает батарею, как и в случае с конденсатором.
• Тепло, выделяемое батареей при обратной полярности, может вызвать образование газообразного водорода (воспламеняемого), который может взорвать корпус батареи.Треснувший корпус аккумулятора может стать источником кислоты, которая может расплавить чувствительные устройства и вызвать серьезные травмы.

По этим причинам надевайте резиновые перчатки и очки для надлежащей защиты при работе с аккумуляторами.

Кроме того, есть исключительный случай, когда аккумулятор может быть подключен неправильно.

Батарея может быть подключена не к тем клеммам, когда она полностью разряжена. Поскольку полностью разряженный аккумулятор, имеющий разность потенциалов 0 вольт, действует как пустой сосуд (разряженный аккумулятор).В этом случае положительный вывод аккумуляторной батареи может быть подключен к отрицательному выводу источника, а отрицательный вывод аккумулятора может быть подключен к положительному выводу источника.

Это не всегда так и не работает со всеми батареями из-за различных паст / материалов и техники, используемых в батареях. В старых батареях он может работать годами, но некоторые из протестированных экспериментов показали меньшую эффективность и емкость, быструю разрядку и малый срок службы батареи. Аккумулятор, заряженный с обратной полярностью, должен иметь взаимозаменяемую маркировку i.е. батарея (+) должна быть помечена как (-) и наоборот. Чтобы изменить действие, как и раньше, полностью разрядите аккумулятор (заряженный в обратном направлении) и подключите его к правым клеммам (то есть отрицательным к отрицательным и положительным к положительным клеммам зарядного устройства и аккумулятора соответственно).

Опять же, надевайте резиновые перчатки и очки и используйте другие меры безопасности для надлежащей защиты во время игры с батареями.

Тот же случай i.е. батарея подключена неправильно, но вместо зарядного устройства загружайте бытовую технику. Это может привести к следующим явлениям:

• Некоторая нагрузка может работать некорректно (например, светодиоды или диоды), которая работает только в одном направлении, или ей требуется правильное подключение источника постоянного тока для полноценной работы в качестве анода (-) к аноду ( -) и катод (+) к клеммам катода (+)).
• В автомобилях и автомобилях автомобильный аккумулятор с обратной полярностью может повредить ЭБУ (блок управления двигателем (электронная плата управления) в автомобилях с автоматической коробкой передач), электронные датчики и генератор переменного тока, замена которых на новые требует незначительных затрат.
• Это также может привести к повреждению других компонентов и систем проводки автомобиля. Если повезет, то хотя бы предохранители и реле могут вообще перегореть из-за образования обратного тока.
• Часы постоянного тока и аналоговые двигатели в качестве нагрузки, подключенной к батарее, могут начать вращаться в обратном направлении.

В настоящее время современные производители транспортных средств устанавливают в систему защиту от обратной полярности, поскольку ею легко управлять, а не бесполезными и многочисленными обращениями в службу поддержки и техническим обслуживанием.Но нормально ли и приятно ли это попробовать? Нисколько.

Кроме того, на положительном проводе для однонаправленного источника питания можно установить предохранитель или стандартный диод (падение напряжения на диоде до 0,7 В), которое действует как защита от обратного тока.

Если аккумулятор в первом автомобиле неправильно подключен к аккумулятору, установленному в другом автомобиле, для зарядки второго аккумулятора через первый, он может взорваться и загореться или навсегда повредить аккумулятор (и).Обычные батареи, такие как свинцово-кислотные, могут нагреваться и оплавлять внутренние и внешние части батареи. Воспламеняющийся газ, такой как водород, может треснуть корпус батареи при разведке.

В случае неправильного подключения батарей вместо правильного последовательного соединения обе батареи будут противостоять друг другу, поэтому результат будет одинаково заряжен на обеих, т.е. они быстро сгладят друг друга.

Он также может расплавить соединительный кабель и изоляцию между двумя батареями, так как он не рассчитан на большой ток из-за неправильного подключения.

Меры предосторожности:

• Пожалуйста, надевайте защитные стеклянные и резиновые перчатки и используйте другие меры безопасности при работе с батареями и связанным с ними опасным оборудованием.
• Используйте правильные цветовые коды проводки в соответствии с вашими региональными кодами для подключения батарей.
• Автор не несет ответственности за любые убытки, травмы или убытки, возникшие в результате отображения или использования этой информации, или если вы попробуете какую-либо схему в неправильном формате. Так пожалуйста! Будьте осторожны, потому что все дело в электричестве, а электричество слишком опасно.

Теперь ваша очередь, пожалуйста, поделитесь своими впечатлениями и опытом в реальном времени с подключением батарей с обратной полярностью в любом аспекте. Мы действительно хотим знать, как вас учили по этой теме.

Похожие сообщения:

Защита автомобильной электроники от обратного подключения батареи

Автор: Сива Уппулури, инженер по приложениям

В течение срока службы транспортного средства его аккумулятор может нуждаться в отключении для проведения работ по техническому обслуживанию или для замены его, если он возникла ошибка.Во время повторного включения можно изменить полярность подключения батареи, что может привести к потенциальным коротким замыканиям и другим проблемам с нагрузками, подключенными к батарее. К сожалению, эта проблема не решается полностью механической конструкцией клемм аккумуляторных батарей разного размера или использованием заметной цветовой кодировки кабелей, разъемов и клемм. Следовательно, необходима какая-либо форма электронной блокировки или защиты от обратной полярности не только для защиты самой батареи, но и для защиты постоянно растущего числа электронных блоков управления (ЭБУ), на которые полагаются современные автомобили.

В этой статье исследуются различные подходы, которые можно использовать для защиты от обратного заряда батареи, и исследуются преимущества и недостатки каждого из них. В частности, он выглядит как супербарьерный выпрямитель (SBR ^® ), который устраняет недостатки различных решений на основе MOSFET и даже превосходит простой диод Шоттки с точки зрения эффективности и надежности.

Схемы потенциальной защиты:

Популярные методы защиты ЭБУ включают использование блокирующего диода или, чтобы избежать неэффективности обычного выпрямительного диода, использование полевого МОП-транзистора в качестве идеального диода.В других решениях может использоваться специально разработанная ИС. В конечном итоге выбранное решение должно соответствовать производительности, необходимой в конкретном контексте конечного приложения, с учетом таких факторов, как количество / сложность компонентов, стоимость, энергоэффективность и, что, вероятно, наиболее важно, адекватно ли оно выдерживает состояние отказа и любые связанные с ним переходные процессы. . Последнее обычно оценивается с использованием определенных в ISO7637-2 импульсов, которые проверяют совместимость оборудования, установленного в транспортных средствах, с проводимыми электрическими переходными процессами, как описано ниже.

Блокирующий диод — простейшее средство защиты от обратного подключения батареи. Установка выпрямительного диода последовательно с нагрузкой ЭБУ гарантирует, что ток может течь только при правильном подключении аккумулятора. Поскольку управляющий сигнал не требуется, сложность схемы и количество компонентов невысокие. С другой стороны, диод рассеивает энергию все время, пока ЭБУ находится под напряжением, из-за своего прямого напряжения VF, которое может вызвать значительные потери в приложениях с большой мощностью.

Использование устройства с низким VF, такого как диод Шоттки, вместо стандартного выпрямителя, может уменьшить потери, связанные со стандартным выпрямителем.Однако характеристика обратной утечки диода Шоттки особенно зависит от температуры, что приводит к повышенным потерям энергии и делает устройство уязвимым для теплового разгона, если большая обратная мощность применяется в условиях высоких температур.

Альтернативным решением является установка полевого МОП-транзистора в источник питания высокого напряжения блока управления двигателем и подключение затвора таким образом, чтобы устройство включалось только при правильной полярности батареи. Поскольку сопротивление полевого МОП-транзистора (RDS (ON)) обычно составляет всего несколько миллиомов, потери мощности I2R низки по сравнению с потерями, вызванными VF диода.Кроме того, обратная блокировка более надежна, чем у диода Шоттки. Можно использовать N-канальный или P-канальный MOSFET при условии, что диод сток-исток устройства ориентирован так, чтобы проводить ток, протекающий в правильном направлении в ЭБУ.

MOSFET с N-каналом или P-каналом может использоваться для защиты от обратной батареи высокого напряжения. N-канальное устройство обеспечивает топологию с наименьшими потерями мощности благодаря низкому RDS (ON). Однако для включения полевого МОП-транзистора необходимо напряжение затвора, превышающее напряжение батареи.Для этого требуется зарядный насос, как показано на рисунке 1, что увеличивает сложность схемы и стоимость компонентов, а также может создавать проблемы с электромагнитными помехами. P-канальный MOSFET сопоставимого размера будет иметь более высокое значение RDS (ON) и, следовательно, более высокие потери мощности, но может быть реализован с помощью более простой схемы управления, содержащей стабилитрон и резистор.

Хотя включение N-канального МОП-транзистора в цепь низкого напряжения устранит необходимость в подкачке заряда, это также приведет к смещению заземления, что неприемлемо для чувствительных автомобильных систем.

Рисунок 1а. Накачка заряда, необходимая для подачи напряжения на затвор полевого МОП-транзистора, увеличивает сложность и может вызвать проблемы с электромагнитными помехами.

Рисунок 1b: P-канальный MOSFET, используемый для устройства защиты от обратного заряда батареи, требует меньшего количества компонентов, но вызывает более высокие потери мощности

Super Barrier Rectifier, запатентованная выпрямительная технология от Diodes Incorporated, сочетает в себе простоту и надежность обычного диода с низким прямым напряжением диода Шоттки, чтобы обеспечить превосходное решение проблемы защиты от обратного заряда батареи.На рисунке 2 показано, как SBR вставляется в источник питания высокого напряжения ЭБУ, во многом так же, как и обычный диод.

Рис. 2. SBR подключается так же, как диод или полевой МОП-транзистор, без использования схемы подкачки заряда.

Супербарьерный выпрямитель использует канал MOS для создания низкого потенциального барьера для большинства несущих. Это приводит к сочетанию низкого VF с высокой надежностью, в отличие от типичного устройства Шоттки. В то же время SBR имеет более низкую обратную утечку, которая остается стабильной даже при высоких температурах, тем самым сводя к минимуму потери энергии и избегая риска теплового разгона, связанного с диодами Шоттки.Кроме того, отсутствие переходов Шоттки также обеспечивает более высокую устойчивость к перенапряжениям. Кроме того, SBR позволяет избежать накачки заряда, необходимой для N-канального MOSFET, что означает отсутствие проблем с электромагнитными помехами.

Несмотря на то, что защитное устройство предназначено для предотвращения протекания тока из-за обратного подключения батареи, оно само может подвергаться потенциально опасным переходным процессам. В то время как многочисленные типы переходных процессов переключения могут вызывать импульсы короткой продолжительности, наиболее опасными являются импульсы с высокой энергией.

Импульсное испытание ISO:

Любое решение, предназначенное для защиты аккумуляторной батареи транспортного средства от обратного подключения, также должно быть достаточно надежным, чтобы выдерживать переходные процессы переключения, такие как импульсы высокой энергии, вызванные такими событиями, как внезапное отключение источника питания при включении питания индуктивная нагрузка или сброс нагрузки, т.е.е. когда аккумулятор отключен во время зарядки от генератора.

Испытания на соответствие самым жестким из этих условий при применении к цепям, обеспечивающим защиту от обратного заряда батареи, проводятся с использованием импульсов, определенных в ISO7637-2:

Импульс 1 представляет собой случай отключения питания при питании индуктивной нагрузки, когда выпрямитель подвергается воздействию импульса высокого отрицательного напряжения. Условия импульса, определенные ISO, показаны на рисунке 3.

Рисунок 3.Испытательный импульс ISO 1 имитирует сильный отрицательный импульс, вызванный отключением питания.

Помимо этого импульса, импульс 3a также подвергает устройство воздействию высокого отрицательного напряжения, но длительность этого импульса очень мала (0,1 мкс), и этот импульс представляет собой переходные процессы переключения.

Эти отрицательные переходные напряжения временно вызывают лавинное состояние защитных устройств. Подробное описание состояния лавины и ее воздействия на полупроводниковые переходы выходит за рамки данной статьи.Однако, говоря простыми словами, когда PN-переход подвергается лавинообразному состоянию, соединение выходит из строя и позволяет большому количеству обратного тока течь через него. Лавина может вызвать необратимые повреждения, если устройство не рассчитано на ток и энергию. В автомобильной защите от обратных аккумуляторов эти лавинообразные условия возникают из-за магнитной энергии, накопленной в индуктивных нагрузках, таких как реле, и любых паразитных индуктивностей, что делает их событием с ограничением энергии.Следовательно, если устройство имеет адекватный лавинный рейтинг, оно может выжить в таких ситуациях.

Важно выбрать устройство защиты с четко определенными и гарантированными характеристиками лавин, например, обратную защиту SBR, характеристики которой показаны на рисунке 4. На основе формы импульса и условий, приведенных на рисунке 3, пиковая мощность лавины, участвующая в тест Pulse 1 можно рассчитать как:

Pavalanche_peak = Vavalanche * Iavalanche_peak

где:

Vavalanche = US = 100V

и:

Iavalanche_peak = Vavalanche / Ri = 100V / 10Ω3 Pavalanche_peak = 100V * 10A = 1000W

Однако показатель, который имеет значение для выдерживания энергии, генерируемой импульсом 1, — это средняя мощность за длительность импульса, определяемая по формуле:

Pavalanche_average = 0.5 * Vavalanche * Iavalanche_peak = 0,5 * 100 В * 10 A = 500 Вт

Таким образом, поскольку заявленная ширина импульса 1 в ISO7637-2 составляет 2 мс, из рисунка 4 видно, что лавинные характеристики этого устройства SBR превышают это ISO7637- 2 требование. Поскольку другой отрицательный импульс, импульс 3A, является переходным процессом с длительностью всего 100 нс, устройство, которое соответствует импульсу 1, также пройдет тестирование импульса 3A.

Рисунок 4: Длительность импульса в зависимости от максимальной мощности лавины (для диодов SBR30A60CTBQ )

На рисунке 5 сравнивается лавинная способность 10A 45V SBR с двумя конкурирующими диодами Шоттки.Как можно видеть, SBR имеет лавинную способность в 3–10 раз лучше, чем технология Шоттки. Таким образом, SBR лучше подходит для реверсивных аккумуляторных батарей, где возникают условия обратной лавины. При тщательном проектировании лавинная стойкость, аналогичная SBR, может быть достигнута и с решениями MOSFET.

Рис. 5. Превосходная лавинная стойкость SBR по сравнению с диодами Шоттки позволяет использовать устройства с более низким номиналом для большей эффективности.

Импульс 5a представляет состояние сброса нагрузки, которое происходит, когда разряженная батарея отключается, пока генератор заряжает ее.Это самый сильный положительный импульс, который может видеть устройство. Определение ISO7637 Pulse 5a показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Знание способности устройства к импульсному току помогает определить живучесть ISO 7637 Pulse 5a.

Рассмотрение импульса 5a приводит к выводу, что информация о способности устройства к прямому импульсному току важна при выборе устройства блокировки обратного заряда батареи. Даташиты для сертифицированных ACQ101 SBR от Diodes Incorporated включают эту информацию.

Наконец, тепловая способность устройства напрямую влияет на его устойчивость к импульсам ISO. Diodes Inc. предлагает решения SBR в различных пакетах, чтобы удовлетворить требования к тепловым характеристикам и занимаемому месту на печатной плате. Пожалуйста, посетите веб-сайт Diodes www.diodes.com для получения более подробной информации об этих пакетах.

Заключение:

Ряд подходов является жизнеспособным при реализации необходимой защиты аккумулятора от обратной полярности для автомобильных блоков управления двигателем.