Zastosowanie diody w celu zapewnienia przepływu prądu tylko w jednym kierunku, bez powodowania spadku napięcia

Do zasilania mojego mikrokontrolera (ATmega8) używam źródła napięcia ~ 5,4 V. Chcę się upewnić, że przypadkowo nie podłączę źródła napięcia do tyłu, i pomyślałem, że dioda byłaby dobrym sposobem na osiągnięcie tego, ponieważ z tego, czego się nauczyłem, dioda pozwala płynąć prądowi w jednym kierunku i blokuje to w drugim.

Ale dowiedziałem się również, że diody powodują spadek napięcia. Mam kilka typowych diod (1N4001, 1N4148 itd.) I chciałbym ich użyć, aby osiągnąć wyżej wspomniany wynik bez spadku napięcia, ponieważ byłoby zbyt niskie, aby zasilić układ scalony.

Moje pytanie brzmi: czy jest jakiś sposób, aby to zrobić za pomocą diody? A może potrzebuję innego komponentu (jeśli tak, co byś polecił)?

Zdajesz nie chcesz, aby na jak najniższym spadku napięcia. ATmega8 jest określony dla pracy od 2,7 V do 5,5 V, a 5,5 V to tak naprawdę 5,0 V z pewnym marginesem. W arkuszu danych zobaczysz wiele parametrów określonych przy 5 V.

Twoje napięcie zasilania wynosi ~ 5,4 V. Co oznacza „~”? Że może się różnić o kilka procent? 3% wyższa daje ci 5,56 V, co jest poza specyfikacją. Nie spowoduje to, że AVR wybuchnie w płomieniach, ale dobrym zwyczajem jest trzymanie się specyfikacji.

Więc niech spadek napięcia. Pozwól na spadek 500 mV. ATmega zużywa tylko kilkadziesiąt mA. 1N4148 spadnie typowo 900 mV przy 50 mA, co chętnie przyjąłbym, ale które może okazać się zbyt wysokie. W takim przypadku wybierz Schottky'ego , jak sugerowano również w innych odpowiedziach. Nie chcesz diody Schottky'ego o spadku 100 mV , wybierz celowo taką, która ma gorsze parametry. Ten spadnie 450 mV przy 100 mA.

Rzeczywista dioda jest ograniczona prawami fizyki [tm]. Rzeczywiste napięcie będzie zależeć od prądu i napięcia oraz zastosowanego urządzenia, ale orientacyjnie przy bardzo lekkim obciążeniu dioda Schottky'ego może wytrzymać nieco poniżej 0,3 V, ale zwykle wzrasta do 0,6 V +, gdy obciążenie zbliża się do maksymalnego dozwolonego. Urządzenia wysokoprądowe mogą wykazywać spadki napięcia do przodu znacznie powyżej 1 V. Diody krzemowe są gorsze dwa do trzech razy.

Zastosowanie MOSFET zamiast diody zapewnia kanał oporowy, dzięki czemu spadek napięcia jest proporcjonalny do prądu i może być znacznie niższy niż w przypadku diody.

Użycie MOSFET-u kanału P, jak pokazano poniżej, powoduje włączenie MOSFET-u, gdy biegunowość baterii jest prawidłowa, i wyłączenie, gdy akumulator jest odwrócony. Circuit i inni stąd Stosowałem ten układ komercyjnie (używając układu odbicia lustrzanego z MOSFETem w kanale N w przewodzie uziemiającym) od wielu lat z dużym powodzeniem.

Gdy biegunowość baterii NIE jest prawidłowa, bramka MOSFET jest dodatnia w stosunku do źródła, a „złącze” źródła bramki MOSFET jest odwrócone, więc MOSFET jest wyłączony.

Gdy biegunowość baterii jest prawidłowa, bramka MOSFET jest ujemna w stosunku do źródła, a MOSFET jest prawidłowo nastawiony na napięcie i prąd obciążenia „widzi” na FET Rdson = na rezystancji. Ile to zależy od wybranego FET, ale 10 miliomów FET są stosunkowo częste. Przy 10 mOhm i 1A uzyskujesz tylko 10 mili-woltów spadku. Nawet MOSFET o Rdsonie 100 miliohmów zrzuci tylko 0,1 V na przenoszony wzmacniacz - znacznie mniej niż nawet dioda Schottky'ego.

Nota aplikacyjna TI Obwody zabezpieczające przed prądem wstecznym / akumulatorem

Ta sama koncepcja jak powyżej. Wersje kanałów N i P. Cytowane tranzystory MOSFET są tylko przykładami. Należy pamiętać, że napięcie bramki Vgsth musi znajdować się znacznie poniżej minimalnego napięcia akumulatora.

Dwa pomysły:

1. Użyj diody Schottky'ego zamiast zwykłej diody złącza PN. Diody Schottky'ego mają mniejszy spadek napięcia niż diody PN.
2. Podłącz diodę do źródła zasilania, aby normalnie była skierowana odwrotnie. Gdy zasilanie zostanie podłączone odwrotnie, dioda będzie przewodzić i zapobiegać przekroczeniu przez napięcie odwrotne spadku napięcia naprzód diody. Będziesz potrzebował ograniczonego prądu zasilania lub bezpiecznika przed diodą, aby nie był poproszony o przewodzenie nieograniczonego prądu.

• Dioda mocy Schottky daje spadek napięcia tak niski jak 0,2 V.
• Dostępnych jest wiele złączy, których nie można podłączyć odwrotnie.
• Wiele osób używa trzy pinowego złącza z dołączonymi dwoma przewodami. W takim przypadku podłączenie odwrotne nie łączy obu przewodów.

Brakuje wam sposobu na uzyskanie diody o zerowym spadku napięcia. Weź 2 diody, powiedzmy 1Nwhocares. Popchnij jeden za pomocą rezystora, wyjmij 0,6 V lub tak i przyłóż go do anody drugiej diody za pomocą drugiego rezystora. Poprowadź katodę drugiej diody do uziemienia za pomocą trzeciego rezystora. Druga dioda jest teraz obciążona przez pierwszą diodę. Włóż czapkę do anody drugiej diody, aby uzyskać izolację DC. Shazam, wejściowe sygnały prądu przemiennego prostowane są bez zauważalnego spadku napięcia diody. Zapomnij o germanach i Shottkys, w najlepszym razie uzyskasz 0,3 v. Łatwo dostosowuję mój obwód, aby uzyskać spadek napięcia .05. Po prostu zwiększ prąd pierwszej diody, aby uzyskać większy spadek napięcia. Sprawia, że ​​komparator przekraczający zero jest naprawdę ładny. Pożegnaj się z fazowaniem błędów. Tweaksuje? Nałożyć czapkę na pierwszą diodę, pozbyć się hałasu. Niech rezystor przechodzi na anodę drugiej diody raczej duży. Pomaga przy małych sygnałach.

Dioda Schottky'ego byłaby dobrym rozwiązaniem i właśnie to wybrałem do ochrony przed polaryzacją ścieżki zasilania na płycie rozwojowej PIC, którą zrobiłem w tym tygodniu. Diody Schottky'ego mają bardzo niski spadek napięcia w porównaniu do wielu innych rodzajów diod, zwłaszcza tych ogólnego przeznaczenia. Popularnym zastosowaniem diod Schottky'ego jest stosowanie ich w obwodach wysokiej częstotliwości, ponieważ mają one dużą szybkość przełączania, chociaż są one również znane z niskiego spadku napięcia do przodu. Ich wadą jest jednak ich relatywnie niższe napięcie przebicia w porównaniu z innymi typami diod. Jeśli szukasz ochrony przed polaryzacją mikrokontrolera 3,3 V / 5 V lub innej aplikacji niskonapięciowej, może to być idealne rozwiązanie, ponieważ niski spadek napięcia jest atrakcyjny, a niskie napięcie przebicia jest prawdopodobnie wyższe niż potrzebujesz. Wybierz diodę o parametrach zgodnych z wymaganym maksymalnym spadkiem napięcia przy oczekiwanym poborze prądu, poborze prądu obciążenia i napięciu przebicia. Digikey.com sprawia, że ​​jest to bardzo łatwe; odtąd powinno być bardzo prosto.

Aby zabezpieczyć obwód przed odwrotną polaryzacją za pomocą diody, ale bez spadku diody, wymień diodę na bezpiecznik i podłącz dość dużą diodę o odwrotnej polaryzacji po szynach zasilania, oczywiście po bezpieczniku. Musi być w stanie w sposób ciągły obsługiwać maksymalny prąd bezpiecznika, a także wysoką wartość znamionową impulsu, co generalnie potrafią diody.

Tak działają wszystkie falowniki. Mogą pobierać setki amperów przy 12 woltach, ale odwrotna polaryzacja powoduje tylko przepalenie bezpieczników.

Innym rozwiązaniem dla urządzeń niskoprądowych jest zastąpienie bezpiecznika rezystorem. Spadek napięcia na oporniku może być mniejszy niż dioda przy niskich prądach.

Innym sposobem jest użycie diody w MOSFET, ponieważ MOSFET ma w sobie diodę. Aby zabezpieczyć dodatnie zasilanie, użyj urządzenia z kanałem P w taki sposób, aby dioda chroniła urządzenie przed odwrotną polaryzacją przy wyłączonej bramie. Teraz wystarczy wprowadzić logikę (na przykład pojedynczy rezystor i małą diodę sygnałową), aby włączyć bramę, gdy polaryzacja jest prawidłowa, a następnie spadek diody 0,6 wolta zmieni się na rezystancję Rds MAX MOSFET lub mniej. Tranzystory MOSFET włączają się w obu kierunkach.