Защита от обратного тока для цепи с батарейным питанием

Я планирую хобби-проект со следующими характеристиками

  • Цепь 3,3 В, питание от батареек (регулируя стандартные батарейки ААА )
  • Большую часть времени в "спящем" режиме, поэтому мне нужен очень маленький ток покоя
  • При работе потребляет 100-350 мА
  • Линейный регулятор для предотвращения шума и пульсаций

Я выбрал линейный стабилизатор LDO MCP1825 , потому что он имеет достаточную мощность (500 мА), очень низкое падение напряжения (менее 210 мВ) и приемлемый ток покоя (менее 120 мкА).

Мои вопросы:

  • А если не поставить защиту от обратного тока? Будет ли проходной элемент PMOS в MCP1825 обеспечивать некоторую защиту?
  • Могу ли я избежать добавления защиты от обратного тока, если я буду осторожен с полярностью батарей?
  • Если мне нужно установить какую-то защиту от обратного тока, как бы вы посоветовали разработать простую защиту с очень низким (или несуществующим) падением напряжения и током покоя?

Ответы (2)

Вам нужна защита от обратной полярности для вашего устройства только в том случае, если есть вероятность того, что входная мощность может быть подана в неправильном направлении. Вы должны были бы спросить себя, насколько вероятно, что может произойти состояние обратной полярности, а затем решить, нужна ли вам защита для этого сценария.

В большинстве простых схем защиты от обратной полярности используется диод на входном тракте питания. Вы можете выбрать диод Шоттки, чтобы свести к минимуму падение напряжения в прямом направлении, чтобы вы могли получить более полезный диапазон напряжения от вашего источника питания. Существуют диоды, которые имеют довольно низкое прямое напряжение. Например, стандартный силовой диод SB30 будет иметь Vf ~ 400 мВ при 100 мА.

Если вы не возражаете против усложнения, вы также можете использовать дискретный PMOS FET для обеспечения защиты от обратной полярности, как показано здесь . Одним из рекомендуемых P-FET для этой схемы может быть Vishay Si2323, сопротивление которого составляет всего 0,068 Ом при напряжении батареи 1,8 В или выше. Выбор полевого транзистора должен быть сделан тщательно, чтобы найти тот, который может быть полностью включен при минимальном напряжении батареи. При напряжении 1,8 В этот полевой транзистор может легко поддерживать номинальный ток 500 мА, который вы указали для своего LDO-регулятора.

введите описание изображения здесь

MCP1825 не обеспечивает защиту вашего устройства от обратной полярности. Если вы посмотрите на функциональные блок-схемы в техпаспорте, вы увидите, что внутри внутреннего PMOS FET есть диод, который будет направлять смещение в ситуации с обратной полярностью и позволяет применять отрицательное смещение к любой схеме попутного ветра.

введите описание изображения здесь

Хороший ответ. (+1) Я только хотел добавить, что другим способом, которым я сделал защиту от обратной полярности (на самом деле защита от перенапряжения), является последовательный предохранитель и диод в шунте. (Диод подключен параллельно источнику питания.) Диод работает с обратным напряжением, а затем срабатывает предохранитель, ограничивая рассеивание мощности на диоде. Для защиты от перенапряжения замените диод стабилитроном.
Есть две проблемы с реализацией диода и поли предохранителя. Во-первых, он подвергает цепи отрицательного напряжения отрицательному уровню напряжения, который может быть недопустимым для некоторых схем. Во-вторых, для срабатывания полимерного предохранителя может потребоваться некоторое время. Это подвергает схемы воздействию напряжения обратного уровня диода в течение тех 10 или 100 миллисекунд, которые требуются для срабатывания предохранителя. Я обычно просто использую диод серии SB30. Многие из современных аккумуляторных технологий имеют довольно плоскую характеристику разряда, и количество дополнительного времени автономной работы, которое можно получить с решением с более низким падением, не так уж велико.
Вы не ошибетесь, подключив диод Шоттки последовательно; прямое падение напряжения незначительно для батареи AAA на 4,5 В, и это единственный заурядный компонент. Второе решение Майкла очень элегантно (я с таким раньше не сталкивался), но для вашей ситуации я бы сказал, что это излишество. Если бы источник питания был выше, скажем, 12 В +, то вы начинаете приближаться к обратному напряжению пробоя (дешевого) Шоттки. Именно здесь я бы использовал гораздо более надежный вариант полевого транзистора PMOS, тем более что тогда выбор полевого транзистора будет проще из-за более высокого напряжения на затворе.
@ chaaarlie2 - Падение диода Шоттки может составлять более чем незначительную величину. Предположим, что три батареи AAA представляют собой никель-металлгидридные батареи 1,2 В, используемые при номинальной нагрузке 100 мА, когда MCU активен. Недорогой диод, такой как BAT54, будет иметь номинальное напряжение Vf 0,5 В при токе 100 мА. При 0,5/3,6 это означает, что 13,8% энергии, выделяемой батареей, теряется в виде тепла в диоде. Другое дело, что BAT54 имеет номинальное обратное напряжение -30 В, поэтому это лучший выбор для решения с аккумулятором на 12 В. Причина в том, что P-FET, такой как Si2323, имеет диапазон напряжения затвора всего +/- 8 В. (продолжение)
(продолжение сверху) В целом это означает, что P-FET является победителем для приложений с низким напряжением. Для приложений с более высоким напряжением, таких как приложения 12 В или 24 В, потребуется диод, а Vf диода составляет гораздо меньший процент от напряжения батареи. Диод типа SB30, который я рекомендовал, может даже использоваться там, потому что он имеет максимальное обратное номинальное значение 40 В и имеет преимущество дополнительной экономии Vf на 0,1 В по сравнению с BAT54 при 100 мА. Нет никаких сомнений в том, что решение P-FET стоит немного дороже по частичной цене. Это действительно восток для реализации. Si2323 - это корпус SOT-23.
@MichaelKaras - я думаю последовать вашему совету и попробовать с IRF7425 P-FET, который имеет еще лучший рейтинг RDS (вкл.) 8,2–13 мОм и максимальный VGS -1,2 В. Есть ли какие-либо другие параметры, которые я должен учитывать при использовании этого P-FET в качестве защиты от обратной полярности?
Убедитесь, что диапазон напряжения затвора, поддерживаемый деталью, выше напряжения вашей батареи для обеих полярностей. Во-вторых, убедитесь, что сам полевой транзистор (и его корпусной диод) рассчитан на уровень тока, превышающий ток, который вы намереваетесь потреблять в своей системе. В-третьих, убедитесь, что полевой транзистор полностью усилен (включен) при самом низком напряжении батареи, при котором вы ожидаете работать. Спецификация VGS в большинстве спецификаций полевых транзисторов указана при сверхнизком токе 1 мА или, возможно, даже на уровне 250 мкА тока стока. Вы не достигнете 8,2 мОм с этим полевым транзистором при 1,2 В VGS.
@MichaelKaras Я впервые просматриваю техническое описание полевого транзистора, поэтому я пытаюсь выяснить каждый из пунктов, которые вы подняли для IRF7425 : диапазон напряжения затвора : MAX VDS = -20, MAX VGS = +-12, ток уровень : ID MAX (непрерывный ток стока, VGS при -4,5 В) = -12 А, IS (максимальный непрерывный ток источника (корпусной диод)) = -2,5 А, полностью улучшенный : типичное сопротивление во включенном состоянии по сравнению с. Напряжение затвора (график): RDS(on)=10 мОм при VGS=-2В. Если я правильно это читаю (правильно ли я??), это выглядит хорошо (если не излишеством) для ~ 3 В, ~ 400 мА (макс.), не так ли?

Можно сконструировать держатель батареи, который не будет подключаться, если элементы вставлены неправильно. Если вы контролируете изготовление корпуса, это может быть вариантом.

Обычный способ - иметь пару пластиковых наконечников с каждой стороны положительной клеммы. Это предотвращает касание плоской отрицательной клеммы, если аккумулятор вставлен наоборот.
Защита от обратного тока для цепи с батарейным питанием
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 4v