Схемы защиты микроконтроллеров от смены полярности питания
Человеческий фактор, к сожалению, является наиболее частой причиной аварий и катастроф. Забывчивость, рассеянность, невнимательность, расчёт на пресловутые «авось да небось» — вот первопричины того, что многие устройства не доживают свой век до «технической пенсии».
При лабораторных и радиолюбительских экспериментах частой ошибкой является переполюсовка питания, когда положительный и отрицательный провод меняются местами. Защититься от этого не так уж и сложно.
Рис. 1. Схемы защиты от смены полярности питания (начало):
а) индикатор HL1светится разным цветом при нормальной работе (зелёный) и при неверной полярности входного напряжения (красный). Для устранения неисправности требуется ручная перестыковка проводов. При повышении питания с +3 до +5 В следует увеличить сопротивление резистора R1 до 390...470 Ом;
б) автоматическая коррекция полярности питания без участия человека («автополюсовка»). Специализированная микросхема DAI (фирма Maxim/Dallas) обеспечивает очень низкую разность напряжений между входом и выходом, а именно, 40 мВ при токе 100 мА;
в) схема полуавтоматической коррекции полярности питания. Исходное состояние переключателя SA1 произвольное. Если полярность с первого раза «не угадана», то надо перевести переключатель в другое положение.
Такая методика иногда технически проще, чем перестыковка соединительных проводов. Транзистор VT1 защитный, на нём падает напряжение около 0.1 В. Здесь и далее считается, что внутри стабилизатора имеются конденсаторы фильтра, но на схеме они не показаны;
г) аналогично рисунку (в), но при замене полевого транзистора диодом Шоттки VDL Однако при этом ухудшается экономичность, поскольку на диоде падает достаточно большое напряжение, в среднем 0.2...0.4 В в зависимости от протекающего тока;
Рис. 2. Схемы защиты от смены полярности питания (окончание):
д) схема «автополюсовки» с диодным мостом VD1...VD4. Применение диодов Шоттки обеспечивает падение напряжения между входом и выходом 0.4...0.8 В в зависимости от протекающего тока;
е) аналогично Рисунку 2д, но с мостом на обычных диодах VD1...VD4. Эта схема хуже по экономичности, поскольку падение напряжения между входом и выходом составляет 1.4... 1.8 В. Может применяться при отсутствии диодов Шоттки, а также при желании рассеять на диодах «лишнюю» мощность в целях облегчения теплового режима стабилизатора А1.
ж) благодаря диоду VD1, контакты реле K1. I замыкают цепь только в том случае, если будет подана «правильная» полярность питания. Достоинство — очень малое падения напряжения между входом и выходом. Недостаток — дополнительный расход мощности на постоянно включённом реле А7;
з) защита от неверной полярности питания в «плюсовом проводе» при помощи полевого р-канального транзистора VT1. Важную роль играет диод Шоттки, находящий внутри транзистора. Через него (и нагрузку в цепи +3.1 В) в начальный момент времени протекает ток, который открывает транзистор, после чего диод шунтируется открытым переходом «сток — исток».
Замена транзистора VTI — IRLML6402. Достоинство схемы заключается в непосредственной связи общего провода устройства и «минусового» контакта батареи GB1
и) аналогично Рисунку 2з, но с установкой N-канального транзистора VT1 в «минусовом» проводе. Замена транзистора — IRLML2402, IRF7601, BS170. Схема защиты с N-канальным транзистором обычно обеспечивает меньшее падение напряжения, чем схема с р-канальным транзистором. Особенность — отсутствует прямая связь цепи GND и батареи GB1.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.