배터리는 전자 회로에 전압을 공급하는 가장 편리한 전원입니다. 어댑터, 태양 전지 등과 같은 전자 장치에 전원을 공급하는 다른 많은 방법이 있지만 가장 일반적인 DC 전원 공급 장치는 배터리입니다. 일반적으로 모든 장치에는 역 극성 보호 회로가 제공 되지만 역 극성 보호 기능이없는 배터리 작동 장치가있는 경우 배터리를 교체 할 때 항상주의해야합니다. 그렇지 않으면 장치가 폭발 할 수 있습니다.
따라서이 상황에서 역 극성 보호 회로 는 회로 에 유용한 추가 기능이 될 것입니다. 다이오드 또는 다이오드 브리지를 사용하거나 HIGH 측의 스위치로 P- 채널 MOSFET을 사용하는 것과 같이 역 극성 연결로부터 회로를 보호하는 몇 가지 간단한 방법이 있습니다.
다이오드를 사용한 역 극성 보호
다이오드를 사용하는 것이 역 극성 보호를위한 가장 쉽고 저렴한 방법이지만 누전 문제가 있습니다. 입력 공급 전압이 높으면 특히 전류가 낮을 때 작은 전압 강하가 문제가 될 수 있습니다. 그러나 저전압 운영 체제의 경우 소량의 전압 강하도 용납 할 수 없습니다.
범용 다이오드의 전압 강하는 0.7V이므로 전압 강하가 약 0.3 ~ 0.4V이고 고전류 부하에도 견딜 수 있기 때문에 쇼트 키 다이오드를 사용하여이 전압 강하를 제한 할 수 있습니다. 쇼트 키 다이오드를 선택할 때주의해야합니다. 많은 쇼트 키 다이오드는 역전 류 누설이 높으므로 역전 류가 낮은 (100uA 미만) 하나를 선택해야합니다.
4A에서 회로의 쇼트 키 다이오드에 의한 전력 손실은 다음과 같습니다.
4 x 0.4W = 1.6W
그리고 일반 다이오드에서:
4 x 0.7 = 2.8W.
극성에 관계없이 역 극성 보호를 위해 풀 브리지 정류기를 사용할 수도 있습니다. 그러나 브리지 정류기는 4 개의 다이오드로 구성되어 있으므로 단일 다이오드를 사용하는 위의 회로에서 전력 낭비의 양은 전력 낭비의 두 배가됩니다.
P- 채널 MOSFET을 사용한 역 극성 보호
역 극성 보호를 위해 P- 채널 MOSFET을 사용하는 것은 낮은 전압 강하와 높은 전류 성능으로 인해 다른 방법보다 더 안정적입니다. 회로는 P- 채널 MOSFET, 제너 다이오드 및 풀다운 저항으로 구성됩니다. 공급 전압이 P 채널 MOSFET의 게이트-소스 전압 (Vgs)보다 낮 으면 다이오드 또는 저항없이 MOSFET 만 필요합니다. MOSFET의 게이트 단자를 접지에 연결하기 만하면됩니다.
이제 공급 전압이 Vgs보다 크면 게이트 단자와 소스 사이의 전압을 떨어 뜨려야합니다. 회로 하드웨어를 만드는 데 필요한 구성 요소는 다음과 같습니다.
필요한 재료
- FQP47P06 P 채널 MOSFET
- 저항기 (100k)
- 9.1V 제너 다이오드
- 브레드 보드
- 전선 연결
회로도
P 채널 MOSFET을 사용한 역 극성 보호 회로의 작동
이제 회로도에 따라 올바른 극성으로 배터리를 연결하면 트랜지스터가 켜지고 전류가 흐르게됩니다. 배터리가 역방향 또는 역 극성으로 연결되면 트랜지스터가 꺼지고 회로가 보호됩니다.
이 보호 회로는 다른 것보다 효율적입니다. 배터리가 올바르게 연결되면 회로를 분석해 보겠습니다. 게이트와 소스 사이의 전압이 음이므로 P- 채널 MOSFET이 켜집니다. 게이트와 소스 사이의 전압을 찾는 공식은 다음과 같습니다.
Vgs = (Vg-Vs)
배터리가 잘못 연결되면 게이트 단자의 전압이 양수가되고 게이트 단자의 전압이 음 (이 MOSFET의 경우 최소 -2.0V 이하) 일 때만 P- 채널 MOSFET이 켜집니다. 따라서 배터리가 역방향으로 연결될 때마다 회로는 MOSFET에 의해 보호됩니다.
이제 회로 의 전력 손실에 대해 이야기 해 봅시다. 트랜지스터가 켜져있을 때 드레인과 소스 사이의 저항은 거의 무시할 수 있지만 더 정확하기 위해 P- 채널 MOSFET의 데이터 시트를 살펴볼 수 있습니다. FQP47P06 P 채널 MOSFET의 경우 정적 드레인 소스 온 저항 (R DS (ON))은 0.026Ω (최대)입니다. 따라서 다음과 같이 회로의 전력 손실을 계산할 수 있습니다.
전력 손실 = I 2 R
트랜지스터를 통한 전류 흐름이 1A라고 가정 해 봅시다. 따라서 전력 손실은
전력 손실 = I 2 R = (1A) 2 * 0.026Ω = 0.026W
따라서 전력 손실은 단일 다이오드를 사용하는 회로보다 약 27 배 적습니다. 그렇기 때문에 역 극성 보호를 위해 P- 채널 MOSFET을 사용하는 것이 다른 방법보다 훨씬 낫습니다. 다이오드보다 약간 비싸지 만 보호 회로를 훨씬 안전하고 효율적으로 만듭니다.
또한 게이트 대 소스 전압을 초과하는 것을 방지하기 위해 회로에 제너 다이오드와 저항을 사용했습니다. 저항과 9.1V의 제너 다이오드를 추가하면 게이트 소스 전압을 최대 음의 9.1V로 클램핑 할 수 있으므로 트랜지스터는 안전합니다.