Verwenden einer Diode, um sicherzustellen, dass der Strom nur in eine Richtung fließt, ohne einen Spannungsabfall zu verursachen

Um meinen Mikrocontroller (ATmega8) mit Strom zu versorgen, verwende ich eine ~ 5,4-V-Spannungsquelle. Ich möchte sicherstellen, dass ich die Spannungsquelle nicht versehentlich in umgekehrter Richtung anschließe, und dachte, eine Diode wäre eine gute Möglichkeit, dies zu erreichen, da eine Diode Strom in eine Richtung fließen lässt und blockiert es in der anderen.

Was ich aber auch gelernt habe, ist, dass Dioden Spannungsabfälle erzeugen. Ich habe einige der typischen Dioden (1N4001, 1N4148 usw.) und möchte sie verwenden, um das oben genannte Ergebnis zu erzielen, ohne die Spannung zu senken, da sie zu niedrig wäre, um den IC mit Strom zu versorgen.

Meine Frage ist, gibt es eine Möglichkeit, dies mit einer Diode zu tun? Oder brauche ich eine andere Komponente (wenn ja, welche würden Sie empfehlen)?

Sie nicht wollen , eine möglichst geringe Spannungsabfall. Der ATmega8 ist für einen Betrieb von 2,7 V bis 5,5 V spezifiziert, und 5,5 V sind tatsächlich 5,0 V mit einem gewissen Spielraum. Im Datenblatt sehen Sie viele Parameter, die bei 5 V angegeben sind.

Ihre Versorgungsspannung beträgt ~ 5,4 V. Was bedeutet das "~"? Dass es um ein paar Prozent variieren kann? 3% höher ergibt 5,56 V, was nicht der Spezifikation entspricht. Es wird den AVR nicht in Flammen aufgehen lassen, aber es ist eine gute Angewohnheit, sich an die Spezifikationen zu halten.

So lassen den Spannungsabfall. Lassen Sie einen Abfall von 500 mV zu. Der ATmega verbraucht nur einige zehn mA. Ein 1N4148 wird typischerweise 900 mV bei 50 mA abfallen, was ich gerne akzeptieren würde, aber für Sie möglicherweise zu hoch ist. In diesem Fall für den Schottky gehen , wie auch in anderen Antworten vorgeschlagen. Sie möchten keine Schottky-Diode mit einem Abfall von 100 mV , sondern gezielt eine mit schlechteren Spezifikationen. Dieser wird 450 mV bei 100 mA fallen.

Eine tatsächliche Diode ist durch die Gesetze der Physik begrenzt. Die tatsächliche Spannung hängt von Strom, Spannung und verwendetem Gerät ab. Als Richtlinie gilt jedoch, dass eine Schottky-Diode unter sehr geringer Belastung etwas unter 0,3 V auskommt. Dies steigt jedoch in der Regel auf 0,6 V +, wenn sich die maximal zulässige Belastung nähert. Hochstromgeräte können Durchlassspannungsabfälle von weit über 1 V aufweisen. Siliziumdioden sind um den Faktor zwei bis drei schlechter.

Die Verwendung eines MOSFET anstelle einer Diode liefert einen Widerstandskanal, so dass der Spannungsabfall proportional zum Strom ist und viel geringer sein kann als bei einer Diode.

Wenn Sie einen P-Kanal-MOSFET wie unten gezeigt verwenden, wird der MOSFET eingeschaltet, wenn die Polarität der Batterie korrekt ist, und ausgeschaltet, wenn die Batterie umgekehrt wird. Schaltung und andere von hier Ich habe diese Anordnung kommerziell (unter Verwendung der Spiegelbildanordnung mit einem N-Kanal-MOSFET in der Masseleitung) für eine Anzahl von Jahren mit gutem Erfolg verwendet.

Wenn die Batteriepolarität NICHT korrekt ist, ist das MOSFET-Gate in Bezug auf die Source positiv und der Source-Übergang des MOSFET-Gates ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass der MOSFET ausgeschaltet ist.

Wenn die Batteriepolarität korrekt ist, ist das MOSFET-Gate relativ zur Source negativ und der MOSFET ist korrekt vorgespannt und der Laststrom "sieht" auf dem FET Rdson = auf Widerstand. Wie viel dies ist, hängt von dem gewählten FET ab, aber 10-Milliohm-FETs sind relativ häufig. Bei 10 mOhm und 1A fallen nur 10 Millivolt ab. Sogar ein MOSFET mit Rdson von 100 Milliohm wird nur 0,1 Volt pro Ampere abfallen - weit weniger als eine Schottky-Diode.

TI-Anwendungshinweis Verpolungs- / Batterieschutzschaltungen

Gleiches Konzept wie oben. N & P-Kanalversionen. Die genannten MOSFETs sind nur Beispiele. Es ist zu beachten, dass die Gate-Spannung Vgsth deutlich unter der minimalen Batteriespannung liegen muss.

Zwei Ideen:

1. Verwenden Sie eine Schottky-Diode anstelle der normalen PN-Sperrschichtdiode. Schottky-Dioden haben einen geringeren Spannungsabfall als PN-Dioden.
2. Schließen Sie die Diode so an die Stromversorgung an, dass sie normalerweise in Sperrrichtung vorgespannt ist. Wenn die Stromversorgung rückwärts angeschlossen wird, leitet die Diode und verhindert, dass die Sperrspannung den Durchlassspannungsabfall der Diode überschreitet. Sie benötigen eine strombegrenzte Versorgung oder eine Sicherung vor der Diode, damit diese keinen unbegrenzten Strom führen kann.

• Eine Schottky-Leistungsdiode erzeugt einen Spannungsabfall von nur 0,2V
• Es sind viele Stecker verfügbar, die nicht umgekehrt gesteckt werden können.
• Viele Menschen verwenden einen dreipoligen Stecker mit zwei angeschlossenen Drähten. In diesem Fall werden beim Einstecken in umgekehrter Richtung nicht beide Drähte verbunden.

Ihr vermisst, wie man eine Null-Spannungs-Diode bekommt. Nehmen Sie 2 Dioden, sagen wir 1Nwhocares. Vorspannung über einen Widerstand einschalten, 0,6 V oder so herausholen und über einen zweiten Widerstand an die Anode der anderen Diode anlegen. Die Kathode der zweiten Diode mit einem dritten Widerstand gegen Masse schalten. Die zweite Diode wird nun von der ersten Diode vorgespannt. Legen Sie einen Kappeneingang an die Anode der zweiten Diode, um eine Gleichstromisolation zu erhalten. Shazam, ein Eingangswechselstromsignal wird ohne nennenswerten Diodenspannungsabfall gleichgerichtet. Vergessen Sie die Germaniums und Shottkys, am besten erhalten Sie .3 v. Einfach, meine Schaltung zu justieren, um einen Spannungsabfall von .05 zu erhalten. Erhöhen Sie einfach den Strom der ersten Diode, um einen höheren Spannungsabfall zu erzielen. Macht einen Nulldurchgangskomparator wirklich hübsch. Verabschieden Sie sich von Phasenfehlern. Tweaks? Setzen Sie eine Kappe über die erste Diode, um das Rauschen zu beseitigen. Stellen Sie den Widerstand zur Anode der zweiten Diode ziemlich groß. Hilft bei kleinen Signalen.

Eine Schottky-Diode wäre eine gute Lösung, und so entschied ich mich letztendlich für den Polaritätsschutz des Leistungspfads auf einer PIC-Entwicklungsplatine, die ich diese Woche hergestellt habe. Schottky-Dioden haben im Vergleich zu vielen anderen Diodentypen, insbesondere den Allzweckdioden, einen sehr geringen Spannungsabfall. Eine beliebte Verwendung für Schottky-Dioden besteht darin, sie für Hochfrequenzschaltungen zu verwenden, da sie eine schnelle Schaltgeschwindigkeit haben, obwohl sie auch für ihren geringen Spannungsabfall in Durchlassrichtung bekannt sind. Ein Nachteil für sie ist jedoch ihre im Vergleich zu anderen Diodentypen relativ niedrigere Durchbruchspannung. Wenn Sie nur nach einem Verpolungsschutz für einen 3,3-V- / 5-V-Mikrocontroller oder eine andere Niederspannungsanwendung suchen, ist dies möglicherweise ideal für Sie, da der niedrige Spannungsabfall ansprechend ist und die niedrige Durchbruchspannung wahrscheinlich immer noch höher ist, als Sie benötigen. Wählen Sie eine Diode mit Spezifikationen, die Ihrem erforderlichen maximalen Spannungsabfall bei erwarteter Stromaufnahme, Laststromaufnahme und Durchbruchspannung entsprechen. Digikey.com macht dies sehr einfach. es sollte von dort aus sehr einfach sein.

Um einen Stromkreis mit einer Diode vor Verpolung zu schützen, ohne dass die Diode abfällt, ersetzen Sie die Diode durch eine Sicherung und schließen Sie eine relativ große Diode mit Verpolung an die Stromschienen an, natürlich nach der Sicherung. Es muss in der Lage sein, den maximalen Strom der Sicherung sowie eine hohe Impulsrate, die Dioden im Allgemeinen können, dauerhaft zu verarbeiten.

So arbeiten alle Wechselrichter. Sie können Hunderte von Ampere bei 12 Volt ziehen, aber die Verpolung brennt nur die Sicherungen durch.

Eine andere Lösung für Geräte mit niedrigem Strom besteht darin, die Sicherung durch einen Widerstand zu ersetzen. Der Spannungsabfall am Widerstand kann bei niedrigen Strömen geringer sein als bei einer Diode.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung einer Diode in einem MOSFET, da in einem MOSFET eine Diode enthalten ist. Verwenden Sie zum Schutz der positiven Versorgung ein P-Kanal-Gerät so, dass die Diode das Gerät bei ausgeschaltetem Gate vor Verpolung schützt. Jetzt müssen Sie nur noch eine Logik erstellen (z. B. einen einzelnen Widerstand und eine kleine Signaldiode), um das Gate einzuschalten, wenn die Polarität korrekt ist. Dann wird dieser 6-Volt-Diodenabfall auf den Rds MAX-Widerstand des MOSFET oder weniger eingestellt. MOSFETs schalten in beide Richtungen ein.