Circuiti contro inversione di polarità

 

Introduzione

I circuiti alimentati a batteria necessitano di una protezione contro l'inversione di polarità della batteria.

Descrizione

Una prima soluzione potrebbe essere questa

Se colleghiamo la batteria nel verso giusto il circuito viene alimentato, altrimenti la corrente non passa.

Questa soluzione però ha l'inconveniente di introdurre una caduta di tensione che in un circuito alimentato a batteria puà essere deleteria.

Per evitare questo potremmo pensare a quest'altra soluzione:

Qui non c'è caduta di tensione e il fusibile è comunque utile al circuito.

Resta il problema che un semplice errore di inserzione della batteria fa bruciare il fusibile e se non ne abbiamo uno di riserva e abbiamo bisogno del circuito immediatamente, siamo fregati. In ogni caso è una soluzione che va bene per l'uso in proprio, ma se dovete anche semplicemente prestare l'oggetto a un amico non va bene.

Vorrei proporre un'altra soluzione, altrettanto semplice ma più efficace e senza inconvenienti.

Se la batteria viene inserta correttamente il PMOS viene polarizzato e va in conduzione, quindi il circuito viene alimentato.

Se la batteria viene inserita a rovescio il PMOS resta aperto e non si rompe niente.

La caduta di tensione ai capi di un MOSFET saturo ben dimensionato è irrisoria.

 

Chiedo scusa per il mio precedente articolo che ho scritto effettivamente un po' troppo in fretta, di sera dopo cena mentre guardavo la TV

Non ci ho fatto attenzione ed ho anche disegnato il MOSFET a rovescio, qualcuno nei commenti se n'e` accorto ed ha fatto notare che la presenza del diodo intrinseco avrebbe annullato la protezione.

Col circuito fatto perbene e` proprio la presenza del diodo intrinseco che permette il funzionamento del circuito.

Appena si collega la batteria - o si chiude l'interruttore che mi sono dimenticato di disegnare - e` proprio il diodo intrinseco che porta la tensione di batteria dal Drain al Source e manda il MOSFET in conduzione, dopo di che il diodo viene cortocircuitato e non lavora piu`.

Per quanto riguarda il dimensionamento del componente si deve tenere conto di quanto segue:

La tensione di lavoro del MOSFET deve essere superiore a quella di alimentazione.

Lo stesso vale per la VGS (Tensione Gate-Source) massima.

Bisogna tenere conto anche della VGS di threshold (la minima VGS che fa condurre il MOSFET) che deve essere ben inferiore alla tensione di batteria, altrimenti il MOSFET non si accende..

Il componente mostrato nell'esempio va bene perche` ha una VDS = 30V,  una VGSmax = 16V e una VGSthr = 1V.

Per fare tutto proprio perbene date una guardata (per conferma) anche alle curve riportate nel data sheet.

Per la corrente bisogna fare un discorso a parte: La corrente massima (continua) del MOSFET in esempio e` di 24A, ma ci sono altri fattori di cui tenere conto:

Il data sheet della ST (http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00003366.pdf) riporta RdsOn (Resistenza Drain-Source in saturazione) massima pari a 28 mOhm con VGS=10V e 40 mOhm con VGS=5V - garantite fino a una corrente di 12A.

Onde ragion per cui se la vostra tensione di alimentazione e` 12V e la corrente massima 6A avrete una VDS sicuramente inferiore a 0.168V e una dissipazione massima di 1.008W.

Sempre nel data sheet trovate la resistenza termica del dispositivo senza alcun dissipatore, pari a 100 ºC/Watt, il che significa 100.8ºC + 50ºC di temperatura ambiente (e` bene stare larghi, d'estate fa caldo) = 150.8ºC di temperatura massima della giunzione.

Sul data sheet leggiamo una temperatura massima di lavoro della giunzione pari a 175ºC... Funzionerebbe, ma e` un po' tirato per il collo... un progetto cosi` meglio non mandarlo in produzione, per cui o ci mettete un dissipatore o cercate un altro componente.

Se il vostro apparecchio ha un circuito stampato, potete usare la versione DPAK (montaggio superficiale) e saldarlo al PCB.

Il data sheet vi da` una resistenza termica Giunzione-PCB pari a 50ºC/W,

4 cm quadrati di rame (vado a memoria) dovrebbero avere una resistenza termica per convezione naturale di circa 20ºC/W, che portano a 70ºC/W la resistenza termica totale (valore molto pessimistico, in realta` e` minore ma... abbondiamo in sicurezza).

1.008W x 70ºC/W = 70.56ºC di differenza con la temperatura ambiente che consideriamo pari ai soliti 50ºC (dentro la scatola fa piu` caldo che all'aria aperta) ci danno 120.56ºC come temperatura di giunzione... va gia` meglio.

Se le caratteristiche del circuito da alimentare sono diverse divertitevi da voi a fare i conti.

Il mosfet proposto nell'esempio costa poco piu` di 1 euro ma se siete molto ricchi e avete voglia di arrivare a 2 euro potete prendere in considerazione quest'altro MOSFET: http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00002632.pdf

Ha una Corrente di Drain (continua) pari a 80A e una RDSOn = 18 mOhm.

Ripetete i calcoli e vedrete che i risultati saranno ben diversi.

Di nuovo Buon lavoro.

 

Fabio

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