วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ

แบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายไฟที่สะดวกที่สุดในการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ มีวิธีอื่น ๆ อีกมากมายในการเปิดเครื่องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นอะแดปเตอร์เซลล์แสงอาทิตย์ ฯลฯ แต่แหล่งจ่ายไฟ DC ที่พบมากที่สุดคือแบตเตอรี่ โดยทั่วไปอุปกรณ์ทั้งหมดจะมาพร้อมกับวงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ แต่หากคุณมีอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ซึ่งไม่มีการป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับคุณจะต้องระมัดระวังในขณะที่เปลี่ยนแบตเตอรี่มิฉะนั้นอาจทำให้อุปกรณ์ระเบิดได้

ดังนั้นในสถานการณ์นี้วงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับจะเป็นประโยชน์เพิ่มเติมให้กับวงจร มีวิธีการง่ายๆในการป้องกันวงจรจากการเชื่อมต่อขั้วย้อนกลับเช่นการใช้ไดโอดหรือสะพานไดโอดหรือโดยใช้ P-Channel MOSFET เป็นสวิตช์ที่ด้านสูง

การป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับโดยใช้ไดโอด

การใช้ไดโอดเป็นง่ายและราคาถูกวิธีการย้อนกลับการป้องกันกระแสไฟฟ้า แต่ก็มีปัญหาของการรั่วไหลของพลังงานเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยอาจไม่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกระแสไฟฟ้าต่ำ แต่ในกรณีของระบบปฏิบัติการแรงดันไฟฟ้าต่ำไม่สามารถยอมรับแรงดันไฟฟ้าลดลงแม้แต่เล็กน้อย

ดังที่เราทราบว่าแรงดันตกคร่อมไดโอดเอนกประสงค์คือ 0.7V ดังนั้นเราจึงสามารถ จำกัด แรงดันตกโดยใช้ไดโอด Schottky เนื่องจากแรงดันตกอยู่ที่ประมาณ 0.3V ถึง 0.4V และยังสามารถทนต่อโหลดที่มีกระแสไฟฟ้าสูงได้อีกด้วย โปรดทราบในขณะที่เลือกไดโอด Schottky เนื่องจากไดโอด Schottky จำนวนมากมาพร้อมกับการรั่วไหลของกระแสย้อนกลับสูงดังนั้นโปรดเลือกใช้ที่มีกระแสย้อนกลับต่ำ (น้อยกว่า 100uA)

ที่ 4 แอมป์การสูญเสียพลังงานโดย Schottky diode ในวงจรจะเป็น:

4 x 0.4W = 1.6W

และในไดโอดธรรมดา:

4 x 0.7 = 2.8W.

คุณยังสามารถใช้วงจรเรียงกระแสแบบฟูลบริดจ์เพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับได้เนื่องจากไม่คำนึงถึงขั้ว แต่วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ประกอบด้วยไดโอดสี่ตัวดังนั้นปริมาณการสิ้นเปลืองพลังงานจะเป็นสองเท่าของการสิ้นเปลืองพลังงานในวงจรข้างต้นด้วยไดโอดเดี่ยว

การป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับโดยใช้ P-Channel MOSFET

การใช้ P-Channel MOSFET สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับมีความน่าเชื่อถือมากกว่าวิธีอื่นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกต่ำและความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าสูง วงจรประกอบด้วย P-Channel MOSFET, ซีเนอร์ไดโอดและตัวต้านทานแบบดึงลง หากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้า Gate-to-Source (Vgs) ของ P-channel MOSFET คุณต้องใช้เฉพาะ MOSFET ที่ไม่มีไดโอดหรือตัวต้านทาน คุณเพียงแค่ต้องเชื่อมต่อขั้วประตูของ MOSFET กับพื้น

ตอนนี้ถ้าแรงดันไฟฟ้ามากกว่า Vgs คุณจะต้องลดแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วประตูและแหล่งจ่าย ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับการสร้างฮาร์ดแวร์วงจรมีการระบุไว้ด้านล่าง

วัสดุที่จำเป็น

• FQP47P06 P-Channel MOSFET
• ตัวต้านทาน (100k)
• 9.1V ซีเนอร์ไดโอด
• เขียงหั่นขนม
• การเชื่อมต่อสายไฟ

แผนภูมิวงจรรวม

การทำงานของวงจรป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับโดยใช้ P-Channel MOSFET

ตอนนี้เมื่อคุณเชื่อมต่อแบตเตอรี่ตามแผนภาพวงจรโดยมีขั้วที่ถูกต้องจะทำให้ทรานซิสเตอร์เปิดและปล่อยให้กระแสไหลผ่าน หากต่อแบตเตอรี่ย้อนกลับหรือขั้วย้อนกลับทรานซิสเตอร์จะปิดและวงจรของคุณจะได้รับการป้องกัน

วงจรป้องกันนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าวงจรอื่น ๆ ลองวิเคราะห์วงจรเมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่อย่างถูกวิธี P-Channel MOSFET จะเปิดขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งกำเนิดเป็นลบ สูตรสำหรับการหาแรงดันไฟฟ้าระหว่างประตูและแหล่งจ่ายคือ:

Vgs = (Vg - Vs)

เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่ไม่ถูกต้องแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วประตูจะเป็นบวกและเรารู้ว่า P-Channel MOSFET จะเปิดเฉพาะเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วประตูเป็นลบ (ต่ำสุด -2.0V สำหรับ MOSFET นี้หรือน้อยกว่า) ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่ในทิศทางย้อนกลับวงจรจะได้รับการป้องกันโดย MOSFET

ตอนนี้เรามาพูดถึงการสูญเสียพลังงานในวงจรเมื่อทรานซิสเตอร์อยู่บนความต้านทานระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งที่มานั้นแทบจะไม่สำคัญ แต่เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้นคุณสามารถอ่านแผ่นข้อมูลของ P-Channel MOSFET ได้ สำหรับ FQP47P06 P-channel MOSFET ความต้านทานต่อการต้านทานของ Static Drain-Source (R _{DS (ON)}) คือ0.026Ω (สูงสุด) ดังนั้นเราสามารถคำนวณการสูญเสียพลังงานในวงจรดังต่อไปนี้:

การสูญเสียพลังงาน = I ² R

สมมติว่ากระแสไหลผ่านทรานซิสเตอร์คือ 1A ดังนั้นการสูญเสียพลังงานจะเป็น

การสูญเสียพลังงาน = I ² R = (1A) ² * 0.026Ω = 0.026W

ดังนั้นการสูญเสียพลังงานจึงน้อยกว่าวงจรที่ใช้ไดโอดเดี่ยวประมาณ 27 เท่า นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการใช้ P-Channel MOSFET สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับจึงดีกว่าวิธีอื่น ๆ มีราคาแพงกว่าไดโอดเล็กน้อย แต่ทำให้วงจรป้องกันปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

นอกจากนี้เรายังใช้ซีเนอร์ไดโอดและตัวต้านทานในวงจรเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินจากประตูสู่แหล่งกำเนิด ด้วยการเพิ่มตัวต้านทานและซีเนอร์ไดโอดที่ 9.1V เราสามารถยึดแรงดันไฟฟ้าที่มาจากเกตได้สูงสุดที่ 9.1V ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงยังคงปลอดภัย