Zdravím obyvatelům našich stránek!
Jak víte, mnoho domácích i výrobních zařízení často nemá ochranu před nesprávným zahrnutím polarity napájení, jinými slovy nemají ochranu proti přepnutí napájení. To se týká zejména různých domácích produktů, jakož i hotových zařízení, zvukových zesilovačů, modulů zvukového zvuku atd.
Každý uživatel může z nedbalosti nechtěně obrátit polaritu výkonu, po které může zařízení ve velké většině případů vyžadovat neodkladnou pomoc ve formě opravy. A může se dokonce stát, že zařízení po takovém šikaně bude prostě bezcenné a žádná oprava nepomůže obnovit jeho život.
Aby se předešlo takové nepříjemné situaci, měla by být použita ochrana před obrácenou polaritou. Jsou jiné. Jednou z nejpopulárnějších možností je použití napájecích diod nebo diodových můstků, které jsou schopné přenášet proud pouze v jednom směru, a tím zabraňují možnosti obrácení polarity. Jedná se o poměrně rozpočtové a nejjednodušší řešení. Tento způsob ochrany je však mínus, jmenovitě přítomnost poklesu napětí přes diodu. Nezapomeňte také, že při vysokých proudech a při poklesu napětí se diody zahřívají poměrně slabě a pokud se nepoužívá chlazení, mohou selhat.
Například je na tento zvukový zesilovač nainstalován diodový můstek s čipem TDA7377.
V tomto případě se zde primárně používá jako usměrňovač napětí, když je napájen ze zdroje střídavého proudu. Pokud ale připojíte zařízení ke zdroji energie s konstantním napětím, pak tento diodový můstek funguje přesně jako ochrana proti přepólování. A bez ohledu na to, jak připojujeme baterii, diodový můstek zabrání zpětné polaritě průchodem proudu správným směrem.
A pokud namísto diodového můstku byla v plusu pouze dioda, pak pokud je napájení připojeno nesprávně (obrácení polarity), dioda neprochází proudem a zesilovač se jednoduše nezapne.
Jak je však uvedeno výše, jak diodový můstek, tak dioda mají pokles napětí. Abychom to dokázali, autor kanálu YouTube Radio-Lab měřil napětí před a bezprostředně za diodovým můstkem.
Jak vidíte, napětí na baterii je 12,06V a již po diodovém můstku je napětí asi o 1,5V nižší. Zdá se, že ztráty nejsou tak velké, ale to zase ovlivní výkon zesilovače, v důsledku toho bude o něco nižší a část energie baterie bude použita k ohřevu diodového můstku.
Pojďme spočítat ztráty a teplo na diodovém můstku. Například, když je zátěžový proud 2A a pokles napětí na diodovém můstku je 1,5 V, bude výroba tepla na diodovém můstku asi 3 W. A další ztráty nejsou plusem, zejména při napájení zesilovače zvuku nebo jiného zařízení z baterie, kde je vhodné utrácet energii šetrně a její množství v baterii je omezené.
Zde je srovnání úbytku napětí v konvenční diodě:
Jak vidíte, je to asi 0,4V. Na Schottkyho diodě je úbytek napětí již nižší a činí 0,2 V.
Pokles napětí přes diodový most je největší a je 0,6 V.
Během nabíjení může být pokles napětí mírně vyšší. Ve skutečnosti není často možné zaměnit polaritu napájení, ale ztráta v přítomnosti kapky na diodách nebo diodovém můstku bude konstantní a v důsledku toho bude zahřívání, což zase vede k potřebě chlazení. Jak vidíte, diody lze použít jako ochranu proti obrácené polaritě, fungují, ale přesto chcete lepší ochranu, aby nedocházelo k zahřívání, ztrátám a dobrým provozním proudům.
Autor nabízí jedno jednoduché, ale poměrně dobré schéma ochrany proti přepólování v napájení s výkonným tranzistorem s polním efektem.
Tento obvod je vhodný pro ochranu zařízení s unipolárním napájením. Tranzistor účiníku pole - IRF1405 je výkonný N-kanál.
Takový tranzistor je schopen spínat dostatečně velký proud a má zase poměrně malý odpor, díky čemuž prakticky nedojde k žádnému úbytku napětí, a proto nedojde k téměř žádnému zahřívání, nebo bude minimální, nedochází k takovým ztrátám jako u diod.
Pro tento systém ochrany autor nakreslil miniaturní šálu.
Činnost obvodu je velmi jednoduchá: pokud je vše správně připojeno, tranzistor je otevřený a proud prochází tranzistorem.
Pokud polarita napájecího zdroje není správně připojena, tranzistor se uzavře, čímž se vytvoří mezera v napájecím obvodu a zamotané plus neprochází dále než tranzistor.
Na trhu s rádiem byly zakoupeny všechny potřebné díly pro montáž ochranné desky.
Nejprve autor nainstaluje odpor 100 kΩ na místo a pájí jej.
Dále nainstalujeme zenerovy diody na 15 V 0,5 W, ujistěte se, že dodržujete polaritu podle značek katod.
Poté nainstalujte nepolární kondenzátor s kapacitou 0,1 μF.
Nyní svorkovnice pro vstupní a výstupní výkon.
Deska je téměř připravená, zbývá pouze jeden prvek - výkonový tranzistor. Chcete-li jej nainstalovat, autor ohnul nohy tranzistoru - takto:
A postavte to na své místo. Výsledkem je tak malý a pohodlný ochranný panel ochrany proti přepólování pro zesilovače a zařízení s unipolárním napájením. Unipolární síla je tam, kde jsou dva napájecí dráty: plus a mínus.
Po ukončení pájení musí být deska plošných spojů omytá zbytky tavidla, aby bylo vše čisté a krásné.
Nyní zkontrolujeme funkčnost ochranné desky, kterou jsme sestavili. Chcete-li desku otestovat, připojte k jejímu vstupu baterii s napájecím napětím 12,1 V. Autor připojil multimetrové sondy k výstupu desky. Nejprve připojíme baterii správně, při dodržení polarity.
Jak vidíte, na výstupu desky je napětí a pokles napětí je tak nízký, že si jej multimetr nevšimne.
Nyní změníme polaritu napájení a připojíme baterii, zmatíme plus s mínusem.
Jak vidíte, tranzistor je uzavřen, ochranná deska fungovala a nic neprošla, čímž chrání zařízení (v tomto příkladu multimetr) před obrácenou polaritou. Pokud správně připojíte napájení, tranzistor se otevře a na výstupu desky se objeví napětí baterie. Skvělé, deska funguje.
Poté, co jsme testovali domácí desku a ujistili se, že funguje, můžete ochrannou desku připojit ke zvukovému zesilovači. Použijeme nejjednodušší zesilovač na čipu TDA7377 bez jakékoli ochrany před obrácenou polaritou, a pokud je výkonová polarita zaměněna, pak alespoň polární kondenzátor při výkonu exploduje a čip bude hořet.
Ochranná deska je připojena k mezeře kladného a záporného napájení zesilovače, u které existuje možnost obrácení polarity. Musíme připojit napájecí vodiče přicházející z ochranné desky k desce zesilovače při dodržení polarity.
To je vše, nyní náš zesilovač má ochranu a obrácení polarity se ho nebojí. Připojujeme napájení správně.
Jak vidíte, LED na zesilovači se rozsvítí, vše je v pořádku, zesilovač má energii. A nyní spojujeme sílu obrácením polarity.
Jak vidíte, nic není kouření a LED na desce zesilovače nesvítí, proto zesilovač nepřijímá energii, což znamená, že naše domácí ochranná deska funguje a plně plní svůj úkol.
Tuto desku lze použít k ochraně proti obrácení zvukových zesilovačů s unipolárním napájením, včetně zesilovačů třídy D, přenosných reproduktorů a mnoha dalších zařízení. Nezapomeňte, že pokud existuje alespoň nejmenší šance na obrácení polarity napájecího zdroje, pak v pravý čas vám alespoň ochrana před obrácenou polaritou ušetří peníze a chrání váš produkt před náhodnou obrácenou polaritou a v důsledku poškození.
Je také důležité si uvědomit, že v některých případech je vhodnější použít diody nebo diodový můstek jako ochranu proti obrácené polaritě, a v jiných je nutné podívat se na sestavenou ochrannou desku pro úkoly. Zkuste, sbírejte a opakujte. Archiv s deskou si můžete stáhnout ZDE.
Děkuji za pozornost. Uvidíme se brzy!
Video: