Защита зарядного устройства от неверной полярности подключения аккумулятора

Защита зарядного устройства - СТОП!По поводу защиты устройств от переполюсовки блока питания мне уже доводилось рассказывать.
Один добрый человек спросил совета по поводу вариантов схем защиты зарядного устройства и аккумулятора от неверной полярности подключения батареи к устройству.

(Слишком) простое решение

Работают эти схемы довольно просто, рассмотрим первую, что слева на картинке ниже, которая с N-канальным мощным полевым транзистором.
Две схемы защиты зарядки и аккумулятора от переполюсовки
  • В случае, если аккумуляторная батарея не подключена, или подключена в неверной полярности - маломощный управляющий полевик Т2 остаётся закрыт (ноль через R2 или плюс от батареи на затворе относительно истока), а следовательно - и мощный не открывается (ноль на затворе Т1 благодаря R1). Тока нет.
  • При правильном подключении аккумулятора маленький полевик открывается (от аккумулятора минус на затворе p-канального МДП) и открывает большой (через открытый канал T2 на затвор Т1 поступает "+"). Цепь замкнута низким сопротивлением канала мощного полевого транзистора - аккумулятор подключен к зарядному устройству.

Собирать не советую

К сожалению, у обеих схем, как они изображены на картинке выше, есть серьёзные проблемы.
  1. Не предусмотрена защита затворов от перенапряжения. Да, аккумулятор всего лишь на 12 Вольт - всё вроде бы хорошо, да и зарядное устройство скорее всего много большего напряжения не выдаст. Но если при отключенном аккумуляторе коснуться минусовой клеммы в схеме 1 или плюсовой в схеме 2 (весьма вероятное событие, не правда ли?) - с высокой вероятностью затвор маломощного транзистора будет пробит: ёмкость затвора мала, сопротивление в 10кОм и выходная ёмкость мощного полевика не защитят от броска напряжения в сотни вольт, который может быть спровоцирован, скажем, заряженной до нескольких киловольт (от трения о брюки хозяина) ёмкостью тельца кошки, а уж тем более - человека (погладившего своего любимца, или просто вставшего с дивана) 😉
  2. Нету "антизвонных" резисторов в цепях затворов. Такое ещё дозволительно, если маломощный полевой транзистор управляется от какой-нибудь быстродействующей логики. Во всех остальных случаях рекомендуется включать резистор (в данном случае, где-нибудь в несколько сотен Ом) в цепь затвора во избежание возникновения паразитной генерации. Генерация может возникнуть при переходных процессах, когда транзистор работает в линейном режиме. В этом случае возможны всяческие "чудеса" в работе схемы, которые порою не отследить даже на хорошем осциллографе, т.к. и частота весьма высока, и при подключении щупа генерация может срываться...
  3. Во второй схеме, что на мощном p-канальном МДП транзисторе, казалось бы, присутствует очень удобная возможность измерять напряжение на батарее без влияния падения напряжения на канале полевого транзистора. Увы, эта возможность может выйти боком: при неподключенной батарее обратная связь разорвана и преобразователь зарядного устройства может пойти в разнос.

Предлагаю

  1. Использовать маломощный биполярный транзистор в качестве управляющего, если, конечно, речь не идёт о зарядке каких-нибудь сверх-миниатюрных аккумуляторов, где каждые 100мкА на счету.
  2. Защитить мощный полевик от возбуда и пробоя затвора, пусть даже пробой и не шибко вероятен для мощников в этих схемах.
Защита зарядного устройства аккумуляторов
  • R1, R2, R4 = 10 кОм
  • R3 = 470 Ом
  • VD1 - стабилитрон на 15 Вольт
  • VT1 - IRFP150N или любой другой подходящий мощный МДП транзистор
  • VT2 и VD2 - маленькие 😉
Схему вполне можно переделать на p-канальном полевом транзисторе и npn биполяре по аналогии. Но если, конечно, нету необходимости измерять с точностью до единиц милливольт напряжение на батарее уже имеющимся зарядным, которое меряет это напряжение относительно своего минусового вывода, т.е. можно пренебречь падением на открытом канале n-канального МДП транзистора (сопротивление лишь несколько миллиОм!), тогда я настоятельно рекомендовал бы запользовать n-канальный мощный полевой транзистор. Т.к. будет он либо раза в 3 лучше, либо раза в 3 дешевле при похожих параметрах, нежели его p-канальный собрат.
Так же допустимо использование МДП транзисторов в качестве управляющих, как в оригинале, но при соблюдении необходимых мер защиты. Правда, я лично не совсем понимаю, зачем это может быть нужно, потому и не нарисовал.
Внимание: данная схема не защищает зарядное устройство от подачи напряжения на выходы при правильно подключенном аккумуляторе и отсутствии напряжения питания зарядного устройства. Для организации такой защиты, из-за наличия структурного диода, шунтирующего канал полевого транзистора, потребуется применить ещё один мощный ключ.

Комментарии ВКонтакте

50 thoughts on “Защита зарядного устройства от неверной полярности подключения аккумулятора

  1. Здравствуйте Сергей!
    Спасибо, что не отказываете в помощи новичкам и даете понятное описание работы устройства! Перед сборкой хочу посоветоваться. Если нужно заряжать АБ напряжением 3В то схема может не сработать? А если использовать MOSFET с логическим уровнем затвора, например IRL3705 (есть в наличии 🙂 ) и стабилитрон VD1 вольт на 10 ? И еще, для сигнализации не правильного подключения, можно ли в цепь делителя R2-R4 включить встречно-паралельно диоды, один из которых светодиод? Заранее благодарю за ответ!
    С уважением, Владимир.

  2. Владимир, спасибо за отзыв и вопросы!
    Аккумулятор на 3 вольта — что бы это было?
    В любом случае, если напряжение на такой батарее много меньше трёх вольт не просаживается — то схема с применением IRL3705 должна работать исправно. Вообще-то это именно тот случай, когда имеет смысл поставить и в качестве управляющего транзистора — полевик.
    Последовательно с R4 вполне можно включить пару встречно включенных светодиодов, единственно для 3-х вольтового варианта необходимо взять светодиоды «старой закалки», т.е. с падением не более 1.7В. Тогда, кстати, хорошо бы и R4 уменьшить, скажем, до 300 Ом, чтобы хоть что-то можно было разглятеть на тех светодиодах 😉

  3. Вариант попроще, куда можно подключить светодиод в качестве индикатора правильного включения батареи: между коллектором управляющего транзистора и минусовым выводом зарядного устройства. Токоограничивающий резистор надо только правильно выбрать.

  4. Кажется я все понял правильно. На днях проведу испытания и обязательно отпишусь!
    Спасибо Вам за советы и интересный сайт!!!
    Очень рад нашему, хоть и заочному, знакомству! С уважением, Владимир.

    PS. Акумулятор, я имел ввиду, на большее напряжение, но разряженный до 3В 🙂

  5. В догонку, только что «вьехал» (долговато 🙂 ) в еще один момент. Оказывается, она (схема) еще может защитить ЗУ от КЗ на клемах зарядного устройства! Что весьма возможно, при эксплуатации в гараже. И полевик, наверное, стоит поставить на небольшой радиатор…
    Да, с полевиком все на много интересней! Хорошего Вам настроения и времени для новых статей!

    • Во, а я об этом даже как-то не подумал. Верно! Впрочем… если ЗУ надо защищать от КЗ — грош цена такому устройству 😉

  6. Собрал, и уже прекрасно работает в моем устройстве! Еще раз спасибо!

    • Владимир, поздравляю! 🙂
      И спасибо Вам за интересный диалог!

  7. Сергей, я все не могу взять в толк, чем хуже простой диод Шотки, неужели мизерная потеря в 0,1 вольт на диоде так критична ???

    • Гхм… скромненько так, шёпотом: а ты попробуй.
      Попробуй перевернуть аккумулятор. 0.2 Вольта на Шоттки не спасут 😉

  8. Не понял, это как так, это как диод включен? Я имею ввиду последовательное включение…

  9. Патрушин, прости, я тормоззз, я не осознал что фишка в том что аккомулятор не к нагрузке а к зарядному…. В журнале радио было очень простое решение на 1 релюхе, я думаю что и схему рисовать не надо, пока с аккумулятора не поступало напряжение правильной полярности, реле не включалось и не подключало выход зарядки к АКБ, собственно похоже на твое решение но на релюхе а не на ключе ….

    • Да брось, на релюхе — немодно 😉
      На самом деле с этими зарядными весьма головоскручивательные задачки получаются. Я вон тоже в статье не прорекламировал такое полезное свойство устройства, как защита от КЗ. Спасибо Владимир напомнил.

  10. Чё то я или дурак или как, помоему защитный диод в полевике напрочь перечеркивает смысл работы этой всей схемы, при переполюсовке через диод все напряжение ломанется прямо в зарядное, значит перед зарядным надо ставить еще один диод что бы защищать само зарядное устройство, илши я что то не вкурил ???

    • Вадич, в 5 часов утра надо спать, а не кнопки топтать! 😉

      Рассмотрим схемко следующим образом: вместо транзистора — разрыв. Батарейка кверхтормашками: добавляет свои 12 вольт к положительному выводу зарядника, итого — на стоке транзюка будет +30 вольт (грубо). Диод по-прежнему закрыт, полевик рулит.
      Соглашайся уже, а? 🙂

      Кстати, до меня лишь относительно недавно дошло, что сбитый режим сна (т.е. когда совсем не по солнышку) ведёт к набору веса. Рассказывать, или сам достроишь?

      • Мне расскажите !!! а там глядишь и еще кого заинтересует

        • Саша, вы не поверите: я ведь недавно похудательный курс вёл, и весьма успешно :). Тогда, кстати, и были перелопачены и переосмыслены горы инфы на эту тему…
          На данный момент сконцентрировался на своей «первой любви»: электронике. В ближайшее время взведём форум на этом сайте. Там можно будет обсудить любую тему, там же постараюсь и рассказать подробно.

  11. Что вы имели под этим(Для организации такой защиты, из-за наличия структурного диода, шунтирующего канал полевого транзистора, потребуется применить ещё один мощный ключ.)?И если можно схему пожалуйста!!!

    • Вячеслав, спасибо за вопрос!
      Говоря про защиту зарядного устройства от подключенной АБ при отсутствии питания зарядного я подразумевал только ну очень плохо спроектированные зарядные устройства. Такое устройство будет разряжать батарею. Надеюсь, это не наш случай 😉
      Если действительно есть такая необходимость — дайте знать, желательно привести схему несчастного ЗУ, что-нибудь сочиним обязательно!

  12. Здравствуйте. Схема рабочая. Но когда спаял, обнаружился один недостаток — если сначала подключить аккумулятор правильно, а потом отсоединить и не выключая ЗУ подключить в обратной полярности, защита не срабатывает — горит предохранитель 10А, включенный перед этой схемой схемой. Схемку немного доработал, применив шунт. Теперь все работает нормально.
    Автору — спасибо за статью.

    • Спасибо за отзыв! Действительно в описанном сценарии схемка защёлкивается в открытом состоянии. Andr, поделитесь с народом, как доработали схему?

  13. Вот, загрузил сюда доработанную схему: http://imglink.ru/show-image.php?id=82d86c8cd90cda125f3db4b588cf89ad

    Пришлось добавить еще один транзистор. Полевик применил BUZ350. Резистором R2 подстраивается ток защиты. Кнопка — для сброса при «уходе» в защиту. Конденсатор 0,1мкф добавил, потому что без него защита чересчур чувствительна — даже при касании отверткой металлического корпуса блока питания срабатывает. Шунт сделал из куска нихрома диаметром около 1,7мм. Но можно взять готовый из негодного мультиметра.

    • Andr,
      1) конденсатор — очень верно! Всем: если собирать, как нарисовано в статье — конденсатор в 0,1мкФ параллельно R2 избавит от неожиданных включений схемы.
      2) ваш вариант схемки — добротная такая защита от перегрузки по току. В идеале я бы предположил, что грамотное зарядное само так умеет. От переполюсовки как таковой этот вариант не защищает. Впрочем, может так оно и лучше?…

  14. Почему вы говорите, что от переполюсовки эта схема не защищает. При подключении аккумулятора в обратной полярности вознокает огромный ток, идущий через вторичную обмотку трансформатора и выпрямительные диоды, при этом и срабатывает защита по току. Хотя наверное вы и правы — все зависит от конкретного зарядного устройства (я делал зарядное из компьютерного блока питания и в нем эта защита работает).

  15. Все-таки согласен с вами, sergу. В доработанной схеме имеется защита именно от превышения тока, а не от переполюсовки как таковой:)

  16. А… еще — в моей схеме опечатка — я применил конденсатор 0,01мкф, а не 0,1, хотя думаю существенной разницы нет…

    • Andr, спасибо огромное, что делитесь с нашими читателями!
      Не будете возражать, если я прямо вашу картинку к статье пристегну — так всем виднее будет?
      Кстати, если я ничего не путаю — ток срабатывания защиты будет в районе 6А и лишь в небольшом диапазоне может быть подстроен с помощью R2 в вашей схеме… И ещё: R2 я бы подключил между базой и эмиттером VT2, иначе при нажатии кнопки сброса переход б-э VT2 оказывается обратно смещённым напряжением, которое из некоторых транзисторов может сделать полубитый зенер 😉

  17. 1) Конечно, прикрепите картинку к статье 🙂 я только за.
    2) Насчет защиты — вы верно подметили. При указанных номиналах максимальный ток у меня получился 7А. А при R2 = 1КОм макс. ток был около 10А.
    3) Насчет R2 — сомневаюсь, что при 180 киломах с транзистором что-то произойдет, но если кто будет повторять схему, действительно лучше подключить его между базой и эмиттером VT2 🙂

  18. Не люблю сложного. Сразу навскидку — вместо полевика pnp транзистор, эмиттером к зарядному, коллектором к батарее, база через резистор соединить с коллектором. Пока нет правильной полярности, транзистор не откроется. А если резистор подобрать, то и ток заряда можно ограничить, скажем 5 ампер, не более, независимо сколько на батарее, 11 или 14 вольт.
    А ?

    • Если уж упрощать — то релюха и диодик решат проблему, правда ток не ограничат.
      Один PNP транзистор… не-А 😉 Во-первых, просто не заработает. Рисуем на бумажке, смотрим, какие напряжения при правильно подключенной батарее, а какие — при перевёрнутой. Во-вторых, даже если использовать один единственный транзистор для ограничения тока — он будет греться, и сильно. И уж тем более жарко ему станет при ограничении тока.

  19. PNP не главное, по верхнему рисунку ориентировался. В любое плечо включаем транзистор, проводимость от полярности. Картинок много выше, если по плечу +, то PNP и наоборот.

    Ну хорошо, мой вариант более изящный в качестве предохранителя, ток базы по максимуму, всего 2 детали.
    По ограничению тока согласен, греться будет, радиатор нужен, но это тоже простое решение.

    Тогда пройдемся по предлагаемому рисунку. Выкидываем все, кроме VT1 и R1. Шунтируем R1 конденсатором 0.1 мкф для исключения статики и последующего разряда после снятия напряжения. Добавляем R=1 ком…100 Ом (?) между затвором и стоком (потому что неизвестно входное напряжение для открытия полевика). Обратное напряжение сток-исток не учитываем, 44A, 100V, 0,030 Ом, куда больше?
    И все-таки я прав )))
    Тоже получился электронный предохранитель

    • Sant, придумаете электронный предохранитель без большого радиатора — и вам законное место автора на этом сайте обеспечено 😉

  20. Если источник не ниже 12в (а лучше 12.6) и не более 20в, то точно прокатит MC33153 c IGBT транзистором или полевиком. Токомерялка будет работать или по падению на самом переходе транзистора или на токовом резисторе. Проще схему наверное трудно придумать.
    Там же есть выход на светодиод если оно сработает.
    Я хотел предложить только сам идею… если и много других драйверов с входом защиты.
    Кстати 555 таймер тоже так можно заюзать — будет и от 5в схема работать если применить полевик с логикой.

    • Atmel, спасибо за наводку, MC33153 весьма удобный чип. Правда пару баксов за него хотят, если в небольших количествах…

      Только вот Sant, как мне кажется, немного другой простоты ищет. Поживём — увидим 😉

  21. Сергей
    Хитрый человек. Ничего не сказал и мой не удалил камент, спасибо.
    Ладно, в пнд на работе проверю мою идею.

    Просто мне кажется, не надо усложнять простое. Ладно, напишу тут результат)
    Заинтересовала тема, не так все просто ?

    • Я — хитрый! 😀 Так меня ещё здесь не называли 🙂
      Удалять буду лишь сущезлые, грязные комменты и посты, чтобы всем нормальным участникам общения здесь было уютно. Ошибки же наши, споры, ортогональные мнения и идеи — это самое интересное!

      • А чего я сказал? Ничего страшного…
        Слово «сущезлые» заинтересовало, сколько книг читал, ну ваще. Я могу конечно конструировать слова, но такое…
        Некрасивое слово, не звучит…

  22. To Sant:
    Если вы имеете ввиду такую вашу схему: http://imglink.ru/show-image.php?id=9cffa3b4f3d2ee2549a635b0b934b5fd
    ,не в обиду вам будет сказано, но я думаю, что это какая-то хрень, типа «электронный резистор» (может я ошибаюсь?).
    To Serge: думаю, неплохо было бы организовать форум на вашем сайте … Успехов вам…

  23. Andr
    Абсолютно точно. !!! И про 10 ком.. Хотя надо бы 1 ком, я так думаю.
    Блин, все заранее изобретено до нас)))
    Ладно, доклад сделаю завтра. Это не мой профиль, этой темы не касался, так.. мысли.. Я всегда решаю проблемы просто, это мой стиль.
    Многое приходится изобретать, потому что срочно надо))) Много читаю, но все объять невозможное невозможно )))

  24. В общем, покопал я тему и понял, что автор не сформулировал понятие «электронный предохранитель» именно для этой схемы. Ведь оно относится и кз и переполюсовке и перегрузке, как для зарядного и БП. Поэтому сразу и не поняли все.
    Как было у меня. Был мощный блок питания, который часто сгорал. В течения дня требовалось придумать предохранитель, который:
    1) пищал при кз
    2) ограничивал ток на уровне 18-20 ампер
    3) 10 секунд времени, чтобы можно успеть выкл БП
    Схема нужна была гарантированная, простая и срочно, переделывать потом времени не будет.
    Реле, транзистор кт315, тиристор ку202, 2 резистора.
    Верещало при кз так, аж все оглядывались. )))

    А насчет диода…Что-то я не понял.. Провел специально опыт. Диод на 1 ампер последовательно с БП на аккум 12 вольт. Заряжаяется. Меняю полярность аккума, не заряжается. Увеличиваю до 30 вольт, не заряжается. Меняю полярность аккума, заряжается. Не понял, почему диод должен взоваться при переполюсовке?

  25. Сергей, добрый день. Давно с вами не общался. Искал себе схему защиты для step-down преобразователя. Хотел защиту от переполюсовки и от превышения напряжения. И опять вышел на ваш сайт. Это не спроста 🙂 Посмотрел вашу схему. Все просто и эффективно. Но мне еще и защита от перенапряжения нужна была. Исходные данные такие — step-down работает при напряжении 4.5-40 вольт. Ток до 3А. Есть готовые решения, вроде LT4356, но у нас это сейчас не достать. И стоимость микрухи совсем не понятная. Это с учетом того, что там полевик еще в обвязке. Подумал как совместить защиту от перенапряжения и защиту от смены полярности. Возникла такая схема. Вот скриншот с симулятора
    http://s48.radikal.ru/i119/1408/15/993da79f8b30.jpg
    Первая часть — защита от перенапряжения. Отсечка на уровне 41 вольт. Вторая — от переполюсовки. Упростил вашу 🙂 Если видите в чем-то ошибку, буду признателен, если скажете. По симуляции все хорошо работает

    • Лично я бы в цепи компаратора защиты использовал стабик (или несколько последовательно) на бОльшее напряжение, ближе к пороговому, чтобы порог меньше зависел от параметров и температуры транзистора.

      Защита от переполюсовки источника питания — вполне рабочая. Правда не вижу смысла в R7. А в чём упрощение? У меня вроде тута так и нарисовано: http://myelectrons.ru/mosfet-reversed-protection/ 😉

      • «Лично я бы в цепи компаратора защиты использовал стабик (или несколько последовательно) на бОльшее напряжение, ближе к пороговому, чтобы порог меньше зависел от параметров и температуры транзистора»
        Вы правы. Хорошая мысль. Спасибо
        «Правда не вижу смысла в R7»
        У иностранцев на форуме подсмотрел. На сколько помню из описания это из-за относительно большой емкости затвора. Вроде если сначала подать напряжение правильно без нагрузки, а потом сделать переполюсовку и подключить нагрузку, то на какое-то время на нагрузке будет полное напряжение питания. Либо если быстро менять полярность при подключенной нагрузке. В общем там R7, что бы заряд стекал на землю. Надо будет найти ту тему на headfi
        «У меня вроде тута так и нарисовано»
        Не видел ту тему 🙂 Только эту читал

        ps: Сергей, что там с форумом планируете?

        • Если Rn хоть как-то оправдывает предохранитель в 4А (т.е. достаточно мало) — то R7 ну никак не влияет на ситуацию. Либо я чего-то не догоняю 😉 Особенно с алгоритмом быстрых манипуляций с отключением нагрузки и переворачиванием питалова «следите за руками» 🙂

          • Угу. Вы правы. Соорудил себе для проверки такую схему. Можно регулировать время «переворачивания». Да, R7 почти ни на что не влияет. В общем сорри, ввел в заблуждение. По поводу предохранителя — там 3А максимальный ток. В lm-ке есть защита, но все-равно поставил. Привычка

  26. Да, забыл добавить. Мне еще нужно было минимальное падение напряжения, поэтому применил IRFP3710, у него RDS(on) 0.025 ом. Защита по току была не нужна, все нормальные step-down и так ее имеют

  27. Доброго времени суток. Полчаса назад увидел схему, в точности как в начале статьи на N-канальном полевике, тоже подумал о безопасности затворов, в результате немного модернизировал ее. На выходе конечное напряжение заряда будет переключаться тумблером 14,4В/16В(для свинцово-сурьмяных / кальциевых батарей) Прошу автора статьи прокомментировать предложенную схему. Оправдана ли фишка малого энергопотребления при использовании маломощного mosfet вместо биполярника?

    • Александр, приветствую!

      Послушайте совета старого зануды: не возитесь с маломощными MOSFET без крайней на то необходимости. С того момента, как Вы извлечёте эту козявочку из его защитной упаковки и до счастливого приземления стабилитрона между его затвором и истоком у него будет раз -дцать возможность дать дуба. На его 75пФ в затворе достаточно дунуть, чтобы ему там всё порвало. И будете мучиться, отчего схема не работает. А ещё часто случается не полный п-ц, ой, пробой, а лишь частичная деградация. Это когда меряешь тестером — всё хорошо, ставишь в схему — не работает.

      Если Вам нужен ток утечки не более 140мкА, как на Вашей схеме — ну поставьте же биполяр, как у меня нарисовано, возьмите R2 и R4 по 100КОм — ни чем не хуже получится, нежели с полевиком.

      Успехов!
      — С.П.

      P.S. И это я говорю Вам, как человек, искренне влюблённый в полевики 😉

      • Хм… Пожалуй прислушаюсь к Вашему совету, нечего искушать судьбу:) Спасибо!:)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *