Usando um diodo para garantir que a corrente flua em apenas uma direção, sem causar queda de tensão

Para alimentar meu microcontrolador (ATmega8), estou usando uma fonte de tensão de ~ 5.4V. Quero garantir que eu não conecte acidentalmente a fonte de tensão em sentido inverso, e imaginei que um diodo seria uma boa maneira de fazer isso, pois pelo que aprendi até agora, um diodo permite que a corrente flua em uma direção e bloqueie no outro.

Mas o que eu também aprendi é que os diodos criam quedas de tensão. Eu tenho alguns dos diodos típicos (1N4001, 1N4148 etc.) e gostaria de usá-los para alcançar o resultado acima mencionado sem diminuir a tensão, pois seria muito baixo para alimentar o IC.

Minha pergunta é: existe alguma maneira de fazer isso com um diodo? Ou preciso de outro componente (se sim, o que você recomendaria)?

Você não deseja uma queda de tensão o mais baixa possível. O ATmega8 é especificado para operação de 2,7 V a 5,5 V, e esse 5,5 V é na verdade 5,0 V com alguma margem. Na folha de dados, você verá muitos parâmetros especificados em 5 V.

Sua tensão de alimentação é de ~ 5,4 V. O que significa "~"? Que isso pode variar em alguns por cento? 3% mais alto fornece 5,56 V, que está fora da especificação. Não fará com que o AVR fique em chamas, mas é um bom hábito manter as especificações.

Então deixe a tensão cair. Permita uma queda de 500 mV. O ATmega consumirá apenas algumas dezenas de mA. Um 1N4148 cairá tipicamente 900 mV a 50 mA, o que eu aceitaria de bom grado, mas que você pode achar muito alto. Nesse caso, vá para o Schottky , como também sugerido em outras respostas. Você não quer um diodo Schottky com uma queda de 100 mV , opte propositadamente por um com especificações piores. Este vai cair 450 mV a 100 mA.

Um diodo real é limitado pelas leis da Física [tm]. A voltagem real dependerá da corrente e da voltagem e do dispositivo usado, mas, como guia, sob carga muito leve, um diodo Schottky pode gerenciar um pouco abaixo de 0,3V, mas isso geralmente sobe para 0,6V + conforme a carga se aproxima do máximo permitido. Os dispositivos de alta corrente podem ter quedas de tensão para a frente bem acima de 1V. Os diodos de silício são piores por um fator de dois a três.

O uso de um MOSFET no lugar de um diodo fornece um canal resistivo para que a queda de tensão seja proporcional à corrente e possa ser muito menor do que para um diodo.

O uso de um MOSFET do canal P, como mostrado abaixo, faz com que o MOSFET seja ligado quando a polaridade da bateria estiver correta e desligado quando a bateria estiver invertida. Circuit e outros daqui , usei esse arranjo comercialmente (usando o arranjo de imagens espelhadas com um MOSFET do canal N no fio terra) por vários anos com bom sucesso.

Quando a polaridade da bateria NÃO está correta, a porta MOSFET é positiva em relação à fonte e a 'junção' da fonte da porta MOSFET é polarizada reversa, de modo que o MOSFET é desligado.

Quando a polaridade da bateria está correta, a porta MOSFET é negativa em relação à fonte e o MOSFET está corretamente ligado e a corrente de carga "vê" no FET Rdson = na resistência. Quanto isso depende do FET escolhido, mas 10 milhões de FETs são relativamente comuns. A 10 mOhm e 1A, você obtém apenas 10 mili-Volt de queda. Mesmo um MOSFET com Rdson de 100 miliohm cairá apenas 0,1 Volt por amp transportado - muito menos do que um diodo Schottky.

Nota de aplicação da TI Circuitos de proteção de corrente reversa / bateria

O mesmo conceito acima. Versões do canal N&P. Os MOSFETs citados são apenas exemplos. Observe que a tensão do portão Vgsth precisa estar bem abaixo da tensão mínima da bateria.

Duas idéias:

1. Use um diodo Schottky em vez do diodo de junção PN normal. Os diodos Schottky apresentam menos queda de tensão que os diodos PN.
2. Conecte o diodo no suprimento para que ele seja normalmente polarizado inversamente. Quando a energia é conectada ao contrário, o diodo conduz e evita que a tensão reversa exceda a queda de tensão direta do diodo. Você precisará de um suprimento com corrente limitada ou de um fusível a montante do diodo para que não seja solicitado que você carregue corrente ilimitada.

• Um diodo de potência Schottky fornecerá uma queda de tensão tão baixa quanto 0,2V
• Existem muitos conectores disponíveis que não podem ser conectados ao contrário.
• Muitas pessoas usam um conector de três pinos com dois fios conectados. Nesse caso, a conexão reversa não conecta os dois fios.

Vocês sentem falta de como obter um diodo de queda de tensão zero. Tome 2 diodos, digamos 1Nwhocares. Faça uma polarização através de um resistor, retire o .6V ou mais e aplique-o ao ânodo do outro diodo através de um segundo resistor. Coloque o cátodo do segundo diodo no terra com um terceiro resistor. O segundo diodo agora é influenciado pelo primeiro diodo. Coloque uma entrada de tampa no ânodo do segundo diodo para obter o isolamento DC. Shazam, os sinais CA de entrada são retificados sem qualquer queda apreciável da tensão do diodo. Esqueça os germânicos e os Shottkys, na melhor das hipóteses você fica com 0,3 v. Fácil de ajustar meu circuito para obter uma queda de tensão 0,05. Apenas aumente a corrente do primeiro diodo para obter uma queda de tensão mais alta. Torna um comparador de cruzamento zero realmente bonito. Diga adeus aos erros de fase. Tweaks? Coloque uma tampa no primeiro diodo, livre-se do ruído. Faça o resistor ir para o ânodo do segundo diodo bastante grande. Ajuda com pequenos sinais.

Um diodo Schottky seria uma boa solução e foi o que acabei escolhendo para proteção da polaridade do caminho de energia em uma placa de desenvolvimento PIC que fiz esta semana. Os diodos Schottky apresentam uma queda de tensão muito baixa em comparação com muitos outros tipos de diodos, principalmente os de uso geral. Um uso popular dos diodos Schottky é usá-los em circuitos de alta frequência, pois eles têm uma velocidade de comutação rápida, embora também sejam conhecidos por sua queda de tensão direta baixa. Uma desvantagem para eles, no entanto, é a tensão de ruptura relativamente menor em comparação com outros tipos de diodos. Se você está apenas procurando proteção contra polaridade para um microcontrolador de 3.3v / 5v ou outra aplicação de baixa tensão, isso pode ser ideal para você, porque a queda de baixa tensão é atraente e a baixa tensão de ruptura ainda é provavelmente maior do que você precisa. Escolha um diodo com especificações que correspondam à queda de tensão máxima necessária no consumo de corrente esperado, consumo de corrente de carga e tensão de ruptura. Digikey.com torna isso muito fácil; deve ser muito direto a partir daí.

Para proteger um circuito da polaridade reversa usando um diodo, mas sem queda de diodo, substitua o diodo por um fusível e conecte um diodo bastante grande em polaridade reversa nos trilhos de energia, após o fusível, é claro. Ele deve ser capaz de lidar continuamente com a corrente máxima do fusível e com uma alta taxa de pulso, o que os diodos geralmente podem fazer.

É assim que todos os inversores de potência funcionam. Eles podem consumir centenas de Amps a 12 Volts, mas a polaridade reversa apenas queima os fusíveis.

Outra solução para dispositivos de baixa corrente é substituir o fusível por um resistor. A queda de tensão no resistor pode ser menor que um diodo em correntes baixas.

Outra maneira é usar um diodo em um MOSFET, pois um MOSFET possui um diodo dentro dele. Para proteger a fonte positiva, use um dispositivo de canal P de forma que o diodo proteja o dispositivo da polaridade reversa com a porta desligada. Agora você só precisa fazer alguma lógica (como um único resistor e um pequeno diodo de sinal) para ligar a porta quando a polaridade estiver correta; em seguida, a queda do diodo de 0,6 volts passará agora para a resistência Rds MAX do MOSFET ou menos. Os MOSFETs são ativados nas duas direções.