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Come sapete, molti dispositivi fatti in casa, così come quelli di fabbrica, spesso non hanno protezione contro l'inclusione impropria della polarità dell'alimentazione, in altre parole non hanno protezione contro l'inversione dell'alimentazione. In particolare, questo vale per vari prodotti fatti in casa, nonché per dispositivi finiti, amplificatori sonori, moduli audio da mortasa, ecc.
Qualsiasi utente, per negligenza, può inavvertitamente invertire la polarità dell'alimentatore, dopodiché, nella stragrande maggioranza dei casi, il dispositivo può richiedere un aiuto urgente sotto forma di riparazione. E può anche accadere che il dispositivo dopo tale bullismo diventerà semplicemente inutile e qualsiasi riparazione non aiuterà a riportarlo in vita.
Al fine di evitare una situazione così spiacevole, è necessario utilizzare la protezione dalla polarità inversa. Sono diversi. Una delle opzioni più popolari è l'uso di diodi di alimentazione o ponti a diodi, che sono in grado di trasmettere corrente in una sola direzione e quindi prevenire la possibilità di inversione di polarità. Questa è una soluzione abbastanza semplice e di bilancio. Ma c'è un aspetto negativo in questo metodo di protezione, vale a dire la presenza di una caduta di tensione attraverso il diodo. Non dimenticare inoltre che ad alte correnti e alla presenza di una caduta di tensione, i diodi si riscaldano piuttosto debolmente e se non si utilizza il raffreddamento, possono fallire.
Ad esempio, un ponte a diodi è installato su questo amplificatore audio con un chip TDA7377.
In questo caso, viene utilizzato principalmente qui come raddrizzatore di tensione quando alimentato da una sorgente di corrente a tensione alternata. Ma se si collega il dispositivo a una fonte di alimentazione con una tensione costante, questo ponte a diodi funziona esattamente come protezione contro l'inversione di polarità. E indipendentemente dal modo in cui colleghiamo la batteria, il ponte a diodi eviterà la polarità inversa facendo passare la corrente nella giusta direzione.
E se invece del ponte a diodi c'era solo un diodo in più, quindi se l'alimentazione è collegata in modo errato (inversione di polarità), il diodo non passerà corrente e l'amplificatore semplicemente non si accenderà.
Ma, come detto sopra, sia il ponte a diodi che il diodo hanno una caduta di tensione. Per dimostrarlo, l'autore del canale YouTube di Radio-Lab ha misurato la tensione prima e immediatamente dopo il ponte a diodi.
Come puoi vedere, la tensione sulla batteria è 12,06 V e già dopo il ponte a diodi la tensione è inferiore di circa 1,5 V.Sembra che le perdite non siano così grandi, ma questo a sua volta influenzerà la potenza dell'amplificatore, di conseguenza, sarà leggermente inferiore e parte dell'energia della batteria verrà utilizzata per riscaldare il ponte a diodi.
Calcoliamo la perdita e la generazione di calore su un ponte a diodi. Ad esempio, quando la corrente di carico è 2A e la caduta di tensione attraverso il ponte a diodi è 1,5 V, la generazione di calore sul ponte a diodi sarà di circa 3 W. E le perdite aggiuntive non sono un vantaggio, soprattutto quando si alimenta l'amplificatore del suono o altro dispositivo dalla batteria, dove è consigliabile spendere energia con parsimonia e la sua quantità nella batteria è limitata.
Ecco un confronto tra la caduta di tensione attraverso un diodo convenzionale:
Come puoi vedere, è di circa 0,4 V. Sul diodo Schottky, la caduta di tensione è già inferiore e ammonta a 0,2 V.
La caduta di tensione sul ponte a diodi è la più grande ed è di 0,6 V.
Durante il caricamento, le cadute di tensione potrebbero essere leggermente più alte. In effetti, non è possibile confondere spesso la polarità dell'alimentazione, ma la perdita in presenza di una caduta sui diodi o sul ponte a diodi sarà costante e di conseguenza ci sarà il riscaldamento, che a sua volta porta alla necessità di raffreddamento. Come puoi vedere, i diodi possono essere usati come protezione contro l'inversione di polarità, funzionano, ma vuoi comunque una protezione migliore in modo che non ci sia riscaldamento, le perdite siano minime e buone correnti operative.
L'autore offre uno schema di protezione semplice ma piuttosto buono contro l'alimentazione di polarità inversa su un potente transistor ad effetto di campo.
Questo circuito è adatto per la protezione di dispositivi con potenza unipolare. Transistor ad effetto di campo di potenza - IRF1405 è un potente canale N.
Un tale transistor è in grado di commutare una corrente sufficientemente grande e, a sua volta, ha una resistenza abbastanza piccola, a causa della quale non ci sarà praticamente alcuna caduta di tensione, e, quindi, non ci sarà quasi nessun riscaldamento, o sarà minimo, non ci saranno perdite come sui diodi.
L'autore ha disegnato una sciarpa così in miniatura per questo schema di protezione.
Il funzionamento del circuito è estremamente semplice: se tutto è correttamente collegato, il transistor è aperto e la corrente passa attraverso il transistor.
Se la polarità dell'alimentatore non è collegata correttamente, il transistor si chiude, creando così uno spazio nel circuito di alimentazione e il plus impigliato non passa oltre il transistor.
Sul mercato radio sono state acquistate tutte le parti necessarie per l'assemblaggio del pannello di protezione.
Prima di tutto, l'autore installa una resistenza da 100kΩ e la salda.
Successivamente, installeremo i diodi zener su 15 V 0,5 W, assicurandoci di osservare la polarità sui segni del catodo.
Quindi, installare un condensatore non polare con una capacità di 0,1 μF.
Ora morsetti per l'alimentazione in ingresso e in uscita.
La scheda è quasi pronta, è rimasto solo un elemento: un transistor di potenza. Per installarlo, l'autore ha piegato le gambe del transistor - in questo modo:
E mettilo al suo posto. Il risultato è una scheda di protezione contro l'inversione di polarità così piccola e pratica per la protezione dell'alimentazione per amplificatori e dispositivi con alimentazione unipolare. L'alimentazione unipolare è dove ci sono due fili di alimentazione: più e meno.
Dopo la saldatura, il circuito stampato deve essere lavato con residui di flusso, in modo che tutto sia pulito e bello.
Ora controlliamo la funzionalità della scheda di protezione che abbiamo assemblato. Per testare la scheda, collegare una batteria con una tensione di alimentazione di 12,1 V al suo ingresso. L'autore ha collegato le sonde multimetro all'uscita della scheda. Innanzitutto, colleghiamo correttamente la batteria, osservando la polarità.
Come puoi vedere, c'è tensione all'uscita della scheda e la caduta di tensione è così bassa che il multimetro non la nota.
Ora cambiamo la polarità dell'alimentazione e colleghiamo la batteria, confondendo il plus con il meno.
Come puoi vedere, il transistor è chiuso, la scheda di protezione ha funzionato e non passa nulla, proteggendo così il dispositivo (in questo esempio un multimetro) dalla polarità inversa. Se si ricollega correttamente l'alimentazione, il transistor si aprirà e la tensione della batteria apparirà all'uscita della scheda. Ottimo, la scheda funziona.
Dopo aver testato la scheda fatta in casa e verificato che funzioni, è possibile collegare la scheda di protezione all'amplificatore audio. Useremo l'amplificatore più semplice sul chip TDA7377 senza alcuna protezione contro la polarità inversa, e se la polarità di potenza è confusa, almeno il condensatore polare in potenza esploderà e il chip brucerà.
La scheda di protezione è collegata all'intercapedine dell'alimentazione positiva e negativa dell'amplificatore, sulla quale esiste la possibilità di inversione di polarità. Dobbiamo collegare i cavi di alimentazione provenienti dalla scheda di protezione alla scheda dell'amplificatore osservando la polarità.
Questo è tutto, ora il nostro amplificatore ha protezione e l'inversione di polarità non ha paura di lui. Colleghiamo correttamente l'alimentazione.
Come puoi vedere, il LED sull'amplificatore si illumina, tutto va bene, l'amplificatore ha potenza. E ora, colleghiamo il potere invertendo la polarità.
Come puoi vedere, nulla sta fumando e il LED sulla scheda dell'amplificatore non si illumina, quindi l'amplificatore non riceve energia, il che significa che la nostra scheda di protezione fatta in casa funziona e svolge pienamente il suo compito.
Questa scheda può essere utilizzata per proteggere dall'inversione di amplificatori del suono con alimentazione unipolare, inclusi anche amplificatori di classe D, altoparlanti portatili e molti altri dispositivi. Ricorda, se c'è almeno la minima possibilità di invertire la polarità dell'alimentatore, allora al momento giusto, almeno, la protezione dalla polarità inversa ti farà risparmiare denaro e proteggerà il tuo prodotto dalla polarità inversa accidentale e come conseguenza della rottura.
È anche importante comprendere che in alcuni casi è più conveniente utilizzare diodi o un ponte a diodi come protezione contro l'inversione di polarità, e in altri è necessario esaminare la scheda di protezione assemblata per i compiti. Prova, raccogli e ripeti. L'archivio con la scheda può essere scaricato QUI.
Grazie per l'attenzione. A presto!
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