Circuit de protection contre l'inversion de polarité

Les batteries sont la source d'alimentation la plus pratique pour fournir une tension à un circuit électronique. Il existe de nombreuses autres façons d'alimenter des appareils électroniques, comme un adaptateur, une cellule solaire, etc., mais l'alimentation CC la plus courante est la batterie. Généralement, tous les appareils sont livrés avec un circuit de protection contre l' inversion de polarité, mais si vous avez un appareil à piles qui n'a pas de protection contre l'inversion de polarité, vous devez toujours faire attention lorsque vous changez la batterie, sinon cela peut faire exploser l'appareil.

Ainsi, dans cette situation, le circuit de protection contre l'inversion de polarité serait un ajout utile au circuit. Il existe des méthodes simples pour protéger le circuit d'une connexion à polarité inversée, comme l'utilisation d'une diode ou d'un pont de diodes ou l'utilisation d'un MOSFET à canal P comme interrupteur sur le côté HAUT.

Protection contre l'inversion de polarité à l'aide d'une diode

L'utilisation d'une diode est la méthode la plus simple et la moins chère de protection contre l'inversion de polarité, mais elle pose un problème de fuite de courant. Lorsque la tension d'alimentation d'entrée est élevée, une petite chute de tension peut ne pas avoir d'importance, en particulier lorsque le courant est faible. Mais dans le cas d'un système d'exploitation basse tension, même une petite chute de tension est inacceptable.

Comme nous le savons, la chute de tension à travers une diode à usage général est de 0,7 V, nous pouvons donc limiter cette chute de tension en utilisant la diode Schottky car sa chute de tension est d'environ 0,3 V à 0,4 V et elle peut également résister à des charges de courant élevées. Soyez conscient lorsque vous choisissez une diode Schottky, car beaucoup de diodes Schottky sont livrées avec une fuite de courant inverse élevée, alors assurez-vous d'en choisir une avec un courant inverse faible (moins de 100uA).

À 4 ampères, la perte de puissance par une diode Schottky dans le circuit sera:

4 x 0,4 W = 1,6 W

Et en diode ordinaire:

4 x 0,7 = 2,8 W.

Vous pouvez même utiliser un redresseur à pont complet pour la protection contre l'inversion de polarité, quelle que soit la polarité. Mais le redresseur en pont se compose de quatre diodes, par conséquent, la quantité d'énergie gaspillée sera le double de la perte d'énergie dans le circuit ci-dessus avec une diode unique.

Protection contre l'inversion de polarité à l'aide du MOSFET à canal P

L'utilisation d'un MOSFET à canal P pour la protection contre l'inversion de polarité est plus fiable que d'autres méthodes, en raison de la faible chute de tension et de la capacité de courant élevé. Le circuit se compose d'un MOSFET à canal P, d'une diode Zener et d'une résistance pull-down. Si la tension d'alimentation est inférieure à la tension de porte à source (Vgs) du MOSFET à canal P, vous n'avez besoin que du MOSFET sans diode ni résistance. Il vous suffit de connecter la borne de porte du MOSFET à la terre.

Maintenant, si la tension d'alimentation est supérieure au Vgs, vous devez alors faire chuter la tension entre la borne de grille et la source. Les composants nécessaires pour fabriquer le matériel du circuit sont mentionnés ci-dessous.

Matériel requis

MOSFET à canal P FQP47P06
Résistance (100k)
Diode Zener 9,1 V
Planche à pain
Connexion des fils

Schéma

Fonctionnement du circuit de protection contre l'inversion de polarité à l'aide du MOSFET à canal P

Maintenant, lorsque vous connectez la batterie selon le schéma de circuit, avec une polarité correcte, le transistor s'allume et permet au courant de le traverser. Si la batterie est connectée à l'envers ou en polarité inversée, le transistor s'éteint et votre circuit est protégé.

Ce circuit de protection est plus efficace que les autres. Analysons le circuit lorsque la batterie est connectée correctement, le MOSFET à canal P s'allumera car la tension entre la grille et la source est négative. La formule pour trouver la tension entre la grille et la source est:

Vgs = (Vg - Vs)

Lorsque la batterie est mal connectée, la tension à la borne de grille sera positive et nous savons que le MOSFET à canal P ne s'allume que lorsque la tension à la borne de grille est négative (minimum -2,0 V pour ce MOSFET ou moins). Ainsi, chaque fois que la batterie est connectée en sens inverse, le circuit sera protégé par le MOSFET.

Parlons maintenant de la perte de puissance dans le circuit, lorsque le transistor est sur ON, la résistance entre le drain et la source est presque négligeable mais pour être plus précis, vous pouvez consulter la fiche technique du MOSFET à canal P. Pour le MOSFET à canal P FQP47P06, la résistance active de la source de drain statique (R _{DS (ON)}) est de 0,026 Ω (max.). Ainsi, nous pouvons calculer la perte de puissance dans le circuit comme ci-dessous:

Perte de puissance = I ² R

Supposons que le courant circulant dans le transistor soit de 1A. Donc la perte de puissance sera

Perte de puissance = I ² R = (1A) ² * 0,026Ω = 0,026W

Par conséquent, la perte de puissance est environ 27 fois inférieure à celle du circuit utilisant une diode unique. C'est pourquoi l'utilisation d'un MOSFET à canal P pour la protection contre l'inversion de polarité est bien meilleure que les autres méthodes. C'est un peu plus coûteux que la diode mais cela rend le circuit de protection beaucoup plus sûr et efficace.

Nous avons également utilisé une diode Zener et une résistance dans le circuit pour la protection contre le dépassement de la tension grille à source. En ajoutant la résistance et la diode Zener de 9,1 V, nous pouvons limiter la tension grille-source à un maximum de 9,1 V négatif, le transistor reste donc en sécurité.