انتقل إلى المحتوى

تصميم دائرة حماية ضد الاتصال العكسي

تعتبر دائرة حماية ضد الاتصال العكسي مهمة في تصميم الدوائر الكهربائية، حيث لا يمكنك أبدًا معرفة أي نوع من العمليات الغريبة قد يقوم بها المستخدمون الخاصون بك، مما يؤدي إلى توصيل مصدر الطاقة بشكل عكسي وتلف اللوحة الإلكترونية.
تعتبر دائرة حماية ضد الاتصال العكسي الجيدة، التي تزيد قليلاً من تكلفة المكونات، مقابل تحقيق السلامة للمستخدمين / المنتجات.

دائرة حماية ضد الاتصال العكسي باستخدام الثنائي

كما هو موضح في الشكل، يتم إضافة ثنائي (ذو توصيل في اتجاه واحد) على الطريق الذي يحمل القطب الإيجابي / السالب لمصدر الطاقة لتحقيق الحماية ضد الاتصال العكسي. تعتبر هذه الدائرة بسيطة وتكلفتها منخفضة. لكن لها عيوب مثل انخفاض الجهد (حوالي 0.6 فولت) وزيادة الحرارة مع زيادة التيار وحدوث تسرب تيار عندما يكون الجهد العكسي كبيرًا، لذا يجب ترك مساحة احتياطية. يمكن استخدام ثنائي شوتكي بتكلفة أعلى نسبيًا ولكن بانخفاض الجهد.

;## دائرة حماية ضد الاتصال العكسي باستخدام الموسفيت P-MOS
;
;![](https://media.wiki-power.com/img/20200226214710.png)
;
;يتم استخدام الشكل أعلاه كمثال. عند توصيل التيار لأول مرة، يتم توصيل الثنائي النصفي للموس بشكل متوازٍ، حيث يكون الجهد على المستوى S هو VCC-0.6 فولت والمستوى G هو 0 فولت، مما يؤدي إلى توصيل الموسفيت P-MOS. عند توصيل مصدر الطاقة بشكل عكسي، يكون المستوى G على مستوى عالٍ، مما يمنع التوصيل ويحمي المرحلة اللاحقة.
;
;في التطبيقات العملية، يمكن إضافة مقاومة إضافية بين بوابة الموسفيت P-MOS والمصدر. يتم استخدام هذا الأسلوب مع الموسفيت P-MOS والموسفيت N-MOS، حيث يتم الاستفادة من الثنائي النصفي الزائف للموسفيت وتوصيله لتحقيق الحماية. ومع ذلك، يكون مقاومة التوصيل للموسفيت N-MOS أقل من الموسفيت P-MOS، مما يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة قليلاً. بعد توصيل مصدر الطاقة بشكل عكسي، يتم فصل الموسفيت ويتم حماية الدائرة اللاحقة بشكل جيد. يتم استخدام هذا الأسلوب على نطاق واسع ويوصى باستخدام الموسفيت N-MOS في التطبيقات العملية.

حماية ضد الاتصال العكسي باستخدام الموسفيت

يتم استخدام الموسفيت بسبب مقاومته الانتقالية المنخفضة (\(R_{DS(on)}\)) كدائرة حماية ضد الاتصال العكسي، وهو يتسبب في فقدان طاقة صغير جدًا. نظرًا لأن الموسفيت N-MOS يتم توصيل القطب G بجهد عالٍ والموسفيت P-MOS يتم توصيل القطب G بجهد منخفض، فإن الموسفيت N-MOS عادة ما يستخدم في الجانب السفلي للحماية ضد الاتصال العكسي، بينما يتم استخدام الموسفيت P-MOS في الجانب العلوي:

عند توصيل مصدر الطاقة بشكل صحيح، يتم توصيل الموسفيت ويتم تزويد الدوائر اللاحقة بالطاقة بشكل طبيعي. عند التوصيل العكسي، يتم قطع الموسفيت ويتم فصل الدوائر اللاحقة لحمايتها.

تكلفة حماية الاتصال العكسي باستخدام الموسفيت هي \(R_{DS(on) * I_{load}}\). يجب اختيار الموسفيت بحيث يكون \(R_{DS(on)}\) أقل قدر ممكن و \(U_GS{th}\) أقل من جهد مصدر الطاقة. عمومًا، يكون الموسفيت N-MOS أفضل من الموسفيت P-MOS من حيث مقاومة التوصيل وتوافر الخيارات.

حماية ضد الاتصال العكسي باستخدام جسر التوازن الكهربائي

تتضمن دائرة جسر التوازن الكهربائي تواجد اثنين من الثنائيات التي تسبب فقدان طاقة وإنتاج حرارة كبيرين. إلا في حالات خاصة، عادةً ما لا يُوصى باستخدامها.

حماية ضد الاتصال العكسي باستخدام الصمام الثنائي المستقر + الثنائي الثابت

تعتبر هذه الدائرة تصميمًا ذكيًا للغاية حيث يتم تحقيق الحماية ضد الاتصال العكسي وحماية ضد الجهد الزائد. يعتمد عملها على الآتي:

عند توصيل مصدر الطاقة Vin بشكل عكسي، يتم توصيل الثنائي المستقر D1 بشكل موجب، ويكون الجهد السالب على الحمل هو جهد التوصيل الأمامي للثنائي Vf، والذي عادة ما يكون منخفضًا ولا يتسبب في تلف الدوائر اللاحقة. في الوقت نفسه، يتم توجيه الجهد العالي بشكل رئيسي إلى F1، وبالتالي يزداد التيار بسرعة حتى يتجاوز تيار الانصهار لـ F1، وبالتالي ينصهر الصمام الحماية، ويتم فصل مصدر الطاقة، وبذلك لا يتسبب في تلف D1 بسبب تيار عالٍ.

عندما يكون الاتصال صحيحًا ولكن الجهد مرتفعًا (مثل أكبر من 5.6 فولت للصمام الثنائي المستقر)، يتم توفير جهد حوالي 5.6 فولت للحمل بسبب وجود الصمام الثنائي المستقر D1. وفي الوقت نفسه، سيكون هناك جهد كبير على F1 (Vin-5.6 فولت)، وسيزداد التيار حتى ينصهر، مما يحمي الدوائر اللاحقة. هذ

  1. اختيار الصمامات الحماية. يجب أن يكون تيار الصهر أكبر من تيار العمل العادي للحمل الفرعي (لا يجب أن ينصهر الدائرة عند الاستخدام العادي).
  2. اختيار الثنائيات المستقرة. يجب أن تكون القيمة المستقرة أكبر من الجهد المدخل العادي (لا يجب أن يتجاوز الجهد المستقر الحد الأقصى المسموح به للدائرة الفرعية)، ولكن يجب أن تكون أقل من الجهد المدخل الأقصى المسموح به للمرحلة اللاحقة (لا يجب أن يحرق القيمة المستقرة الدائرة الفرعية).
  3. يجب أن تلبي هذه الدائرة شرط "التيار المسموح به الأقصى للثنائي المستقر + تيار الحمل عند التشغيل > تيار الصهر". فقط عندما يتم تجاوز الصمام الحماية قبل أن ينصهر الصمام، لن يتلف الثنائي المستقر بسبب تيار كبير يمر به.
  4. الجهد السالب Vf الناتج عن الدائرة المعكوسة عادةً أقل من 1.5 فولت. يجب أن تكون الدائرة الفرعية قادرة على تحمل الجهد السالب بقيمة 1.5 فولت دون تلف.
  5. يجب استخدام هذه الدائرة في الدوائر ذات القدرة الأقل من 500 مللي واط قدر الإمكان.

المراجع والشكر

تمت ترجمة هذه المشاركة باستخدام ChatGPT، يرجى تزويدنا بتعليقاتكم إذا كانت هناك أي حذف أو إهمال.