Диод от переполюсовки 12 вольт как подключить

Особенности подключения светодиода к блоку питания 12 вольт

Исторически сложилось так, что источники питания на 12 вольт наиболее распространены и востребованы. Они и безопасны для здоровья людей, и надежны. Бортовые электросистемы автомобилей тоже имеет двенадцативольтовое питание в большинстве случаев. Практика показывает, что подключить светодиод к 12 вольтам, как и к источнику питания с другим напряжением, просто, если знать некоторые правила и законы электротехники.

Характеристики светодиодов

Все светоизлучающие диоды имеют паспортные характеристики, из которых важными для их подключения являются номинальный прямой ток и падение напряжение при нем. Согласно вольт-амперной характеристике, которая имеет нелинейный характер, незначительное превышение номинального напряжения резко увеличивает ток протекания, а это приводит к выходу из строя всего элемента.

Светоизлучающие диоды, как правило, обладают низким обратным напряжением (порядка 5 вольт). Рекомендуется перед тем, как подключить элемент к источнику электричества, проверить соблюдение полярности.

Для защиты от переполюсовки совместно со светодиодом следует установить параллельно с ним обычный диод с высоким обратным напряжением.

Обзор источников питания

Оптимальным вариантом является подключение светодиода к 12 вольтам через стабилизатор тока. Но некоторые производители экономят на этом элементе и производят источники тока без его стабилизации.

Более всего распространены бестрансформаторные ИП, оснащенные гасящим конденсатором и выходом с токозадающим резистором. Такая схема не защищена от скачков напряжения в сети, но из-за дешевизны и компактной конструкции используется во многих приборах, в том числе и в светодиодных источниках света.

При использовании аккумулятора для подачи электропитания на светодиод достаточно добавить в схему ограничительный резистор с правильно подобранными мощностью и сопротивлением. Бортовая сеть автомобилей тоже имеет 12 вольт в большинстве случаев, но скачки напряжения у нее довольно значительные при разных режимах работы. Поэтому для подключения светодиода к питанию от автомобильной электросистемы необходим стабилизатор (драйвер).

Иногда можно встретить БП без стабилизатора с трансформатором. В них последовательно соединены такие элементы:

• трансформатор;
• диодный мост для выпрямления тока;
• емкостной фильтр (обычный конденсатор).

Любой скачок в электросети таким блоком питания будет передаваться на светодиоды, а это скажется на их работоспособности. Такие источники питания оправдано использовать в тех случаях, когда сеть имеет стабильные параметры.

Блоки питания, выдающие переменное электричество, использовать для подключения светодиодов нельзя. Их, по крайней мере, необходимо дополнить выпрямителем и конденсатором, а в лучшем случае — еще и стабилизатором.

Алгоритм действий при подключении

Весь порядок действий состоит из пяти шагов, выполняемых последовательно.

Алгоритм действий такой:

1. Определение типа БП и его рабочих параметров.
2. Определение потребляемой мощности, номинального тока и падения напряжения светодиода.
3. Расчет количества светодиодов, которые можно безопасно подключить к имеющемуся БП, и расчет резистора, если он требуется.
4. Монтаж схемы, во время которого элементы соединяются с учетом полярности.
5. Проверка пайки контактов и их изоляция.

Информацию о параметрах выдаваемого тока источником питания можно узнать из технического паспорта или таблички на корпусе. Характеристики светодиодов, необходимые для расчета резистора, узнают из справочников или технической документации, если она есть в наличии.

Формулы для расчета мощности и сопротивления резистора основаны на законе Ома. Мощность определяется так: P=(Uпит — (Uled1 + Uled2 +…+ Uledn)) * Iled.

А необходимое сопротивление можно найти по аналогичной формуле, только в конце напряжение не умножается на силу тока, а делится на нее. В обеих формулах Uledn — это падение напряжения на каждом из светодиодов, Uпит — напряжение блока питания, а Iled — номинальный ток светодиодов.

В зависимости от условий, яркость свечения СОВ-матриц можно регулировать изменением силы тока. Для этого их схему оснащают драйвером. Каждая СОВ-матрица имеет свои параметры рабочего тока и ориентировочное падение напряжения, которые указываются в паспорте к элементу.

Использовать блок питания на 12 вольт для питания СОВ-матрицы не совсем правильно. Даже при падении напряжения около 12 вольт для ее работы необходим ограничительный резистор. Как итог — рабочий ток ниже номинального значения и свечение элемента происходит с меньшей эффективностью. Выходом из положения является применение в схеме преобразователя низковольтного напряжения в ток.

Защита устройств от неправильной подачи полярности питания

При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.

Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.

Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.

Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.

Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:

При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.

Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.

Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

• электроника для начинающих
• схемотехника

• Схемотехника
• Электроника для начинающих

Форум гитаристов

У нас самая большая гитарная тусовка

В связи с текущими событиями на форуме вводятся новые правила. Ознакомление обязательно.

• Форум гитаристов »
• Оборудование »
• equipment.craft (Модераторы: hell, Dying Fetus) »
• Тема: Защита от переполюсовки в педалях

Страницы: [1] 2 3 [Дальше >>] Вниз

Автор Тема: Защита от переполюсовки в педалях (Прочитано 3151 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Страницы: [1] 2 3 [Дальше >>] Вверх

Защита от переполюсовки.

Чтобы отличить плюс от минуса, надпиливаю один из выводов, но по невнимательности всё равно бывает ошибаюсь и подключаю выводы неправильно. О последствиях переполюсовки рассказывать не буду, расскажу лучше как этого избежать. Но для начала пару слов о том, что такое переполюсовка, обычно у устройства, которое питается постоянным током два вывода, к одному из них подключается положительный вывод источника питания, к другому отрицательный. Но никто не мешает(если, конечно же производитель не позаботилися об этом)подключить их наоборот, такое подключение выводов и называют переполюсовкой.

Самый простой способ защититься от переполюсовки — это включить последовательно диод, тогда при ошибке подключения ток не потечёт.

Этот способ работает, но у него есть два недостатка: первый — это большое падение напряжения на диоде, порядка 0.7 вольта, что недопустимо для низковольтных цепей(3.3 и 5 вольт), второй — это мощность, которую он рассеивает. Так как через этот диод протекает ток, питающий всё устройство, то на нём рассеивается большая мощность, которая выделяется в виде тепла. Допустим, наше устройство потребляет 1А тогда мощность которую будет рассеивать диод равна.

Немного улучшить ситуацию можно используя диод Шоттки, который обладает меньшим падением напряжения, порядка 0.4 вольта, но для низковольтных цепей такое решение всё равно не подходит.

Получается, что идеальный для наших целей элемент должен обладать низким сопротивлением, тогда и падение напряжения на нём будет малым. И такой элемент существует, конечно же, это полевой транзистор, сопротивление канала современных mosfet’ов составляет миллиомы или десятки миллиом.

При подключении источника питания ток течёт через паразитный диод(он образуется при производстве из-за не совершенства технологического процесса), на котором падает порядка 1V, в результате чего напряжение на истоке становится равным Uпит -1 и разность напряжений затвор-исток открывает полевой транзистор.

Давайте вернёмся к низковольтной цепи, которая питается от 5V и в которую мы так и не смогли пристроить диод. Полевой транзистор возьмём из серии IRLML, которая управляется логическим уровнем, а именно IRLML_6401, сопротивление открытого канала, у которого 50 миллиом, а пороговое напряжение открытия VGS(th) от -0.4V до -0.95V.

На схеме видно, что напряжение затвор-исток гораздо ниже порогового, указанного в даташите и можно быть уверенным, что транзистор откроется.

При токе 1А падение напряжения на транзисторе составит 0.05V против 0.4V на диоде Шоттки, что вполне приемлемо.

Но это лишь одна сторона медали, если использовать данную схему при высоких напряжениях, то у неё появляется недостаток — это малое напряжение пробоя затвор — исток, поэтому для применения в высоковольтных цепях схему надо немного усложнить, как показано ниже.

Таким образом, мы с помощью стабилитрона ограничили напряжение затвор — исток, тем самым защитив транзистор, а излишки напряжения упадут на резисторе.

Как оказалось, производители электронных компонентов знают про этот трюк, и выпускают уже готовые сборки, например CSD25201W15, которые состоят из mosfet’a, стабилитрона и резистора.

Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.

Существует еще один способ защиты от переполюсовки и заключается он в том, что параллельно нагрузке ставится диод, а на входе последовательно ставится предохранитель. При соблюдении полярности ток через диод не течёт, при переполюсовке ток начинает течь по цепи диод — предохранитель и так как ток ни чем не ограничен предохранитель должен сгореть.

Выше был описан идеальный сценарий, на самом деле может быть и наоборот, раньше сгорит диод и тут вопрос в том, уйдёт ли он в обрыв сгорая или нет.
Пока ток течёт через диод, к схеме приложено напряжение обратной полярности равное падению напряжения на диоде(иногда чтобы уменьшить его используют диод Шоттки), но если диод уходит в обрыв, к схеме прикладывается полное напряжение питания, но обратной полярности, то есть происходит переполюсовка и схема выходит из строя. Советовать этот способ не стал бы, но знать о нём нужно и дело тут не столько в самом способе(можно взять диод максимальный ток которого в два раза превышает ток предохранителя и предохранитель, который сгорает при кратковременном броске тока(flink)), сколько в качестве современных электронных компонентов, которые зачастую неизвестного происхождения.