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Como você sabe, muitos dispositivos caseiros e de fábrica geralmente não têm proteção contra a inclusão inadequada da polaridade de energia; em outras palavras, eles não têm proteção contra inversão de energia. Em particular, isso se aplica a vários produtos caseiros, bem como a dispositivos acabados, amplificadores de som, módulos de som embutidos, etc.
Qualquer usuário, por negligência, pode acidentalmente inverter a polaridade de energia, após o que, na grande maioria dos casos, o dispositivo pode precisar de ajuda urgente na forma de reparo. E pode até acontecer que o dispositivo após esse bullying simplesmente se torne inútil, e nenhum reparo ajudará a trazê-lo de volta à vida.
Para evitar uma situação desagradável, deve-se usar proteção contra polaridade reversa. Eles são diferentes. Uma das opções populares é o uso de diodos ou pontes de diodos na fonte de alimentação, capazes de passar a corrente em apenas uma direção e, assim, impedir a possibilidade de inversão de polaridade. Esta é uma solução bastante orçamentária e mais simples. Mas há um ponto negativo nesse método de proteção, a saber, a presença de uma queda de tensão no diodo. Não se esqueça também de que, com altas correntes e na presença de uma queda de tensão, os diodos esquentam bastante e, se não for usado resfriamento, eles podem falhar.
Por exemplo, uma ponte de diodos é instalada neste amplificador de som com um chip TDA7377.
Nesse caso, é usado principalmente aqui como retificador de tensão quando alimentado por uma fonte de corrente de tensão alternada. Mas se você conectar o dispositivo a uma fonte de energia com tensão constante, essa ponte de diodos funcionará exatamente como proteção contra polaridade reversa. E não importa como conectamos a bateria, a ponte de diodos impedirá a polaridade reversa ao passar a corrente na direção certa.
E se, em vez da ponte de diodos, houvesse apenas um diodo no sinal de mais, se a energia estiver conectada incorretamente (inversão de polaridade), o diodo não passará a corrente e o amplificador simplesmente não ligará.
Mas, como mencionado acima, a ponte de diodos e o diodo têm uma queda de tensão. Para demonstrar isso, o autor do canal do Radio-Lab no YouTube mediu a tensão antes e imediatamente após a ponte de diodos.
Como você pode ver, a voltagem da bateria é de 12,06V, e já após a ponte de diodos a voltagem é cerca de 1,5V menor. Parece que as perdas não são tão grandes, mas isso, por sua vez, afetará a potência do amplificador; como resultado, será um pouco menor e parte da energia da bateria será usada para aquecer a ponte de diodos.
Vamos calcular a perda e a geração de calor em uma ponte de diodos. Por exemplo, quando a corrente de carga é 2A e a queda de tensão na ponte de diodos é de 1,5V, a geração de calor na ponte de diodos será de cerca de 3W. E perdas adicionais não são uma vantagem, especialmente ao alimentar o amplificador de som ou outro dispositivo a partir da bateria, onde é aconselhável gastar energia com moderação e sua quantidade na bateria é limitada.
Aqui está uma comparação da queda de tensão em um diodo convencional:
Como você pode ver, é cerca de 0,4V. No diodo Schottky, a queda de tensão já é menor e chega a 0,2V.
A queda de tensão na ponte de diodos é a maior e é de 0,6V.
Durante o carregamento, as quedas de tensão podem ser um pouco mais altas. De fato, nem sempre é possível confundir a polaridade do suprimento, mas a perda na presença de uma queda nos diodos ou na ponte de diodos será constante e, como resultado, haverá aquecimento, o que, por sua vez, leva à necessidade de resfriamento. Como você pode ver, os diodos podem ser usados como proteção contra inversão de polaridade, eles funcionam, mas você ainda deseja uma melhor proteção para que não haja aquecimento, as perdas sejam mínimas e as boas correntes de trabalho.
O autor oferece um esquema de proteção simples, mas bastante bom, contra a fonte de alimentação de polaridade reversa em um potente transistor de efeito de campo.
Este circuito é adequado para proteger dispositivos com energia unipolar. Transistor de efeito de campo de potência - IRF1405 é um potente canal N.
Esse transistor é capaz de comutar uma corrente suficientemente grande e, por sua vez, possui uma resistência bastante pequena, devido à qual praticamente não haverá queda de tensão e, portanto, quase não haverá aquecimento, ou será mínimo, não haverá perdas como nos diodos.
O autor desenhou um lenço em miniatura para esse esquema de proteção.
A operação do circuito é extremamente simples: se tudo estiver conectado corretamente, o transistor estará aberto e a corrente passará pelo transistor.
Se a polaridade da fonte de alimentação não estiver conectada corretamente, o transistor se fechará, criando uma lacuna no circuito de energia e o plus emaranhado não passará mais do que o transistor.
No mercado de rádio, todas as peças necessárias para a montagem do painel de proteção foram adquiridas.
Primeiro de tudo, o autor instala um resistor de 100kΩ e o solda.
Em seguida, instalaremos diodos zener em 15V 0,5W, observe a polaridade nas marcas do cátodo.
Em seguida, instale um capacitor não polar com capacidade de 0,1 μF.
Agora blocos de terminais para entrada e saída de energia.
A placa está quase pronta, resta apenas um elemento - um transistor de potência. Para instalá-lo, o autor dobrou as pernas do transistor - assim:
E coloque-o em seu lugar. O resultado é uma placa de proteção contra polaridade reversa tão pequena e conveniente para amplificadores e dispositivos com fonte de alimentação unipolar. A energia unipolar é onde existem dois fios de energia: mais e menos.
Após a solda, a placa de circuito deve ser lavada com resíduos de fluxo, para que tudo fique limpo e bonito.
Agora vamos verificar a funcionalidade da placa de proteção que montamos. Para testar a placa, conecte uma bateria com uma tensão de fonte de alimentação de 12,1V à sua entrada. O autor conectou as sondas do multímetro à saída da placa. Primeiro, conectamos a bateria corretamente, observando a polaridade.
Como você pode ver, há tensão na saída da placa e a queda de tensão é tão baixa que o multímetro não percebe.
Agora, alteramos a polaridade da energia e conectamos a bateria, confundindo o mais com o menos.
Como você pode ver, o transistor está fechado, a placa de proteção funcionou e não passa mais nada, protegendo o dispositivo (neste exemplo, um multímetro) da polaridade reversa. Se você reconectar a energia corretamente, o transistor será aberto e a tensão da bateria aparecerá na saída da placa. Ótimo, o conselho está funcionando.
Depois de testar a placa caseira e garantir que ela funcione, você pode conectar a placa de proteção ao amplificador de som. Usaremos o amplificador mais simples do chip TDA7377 sem proteção contra a polaridade reversa e, se a polaridade da energia estiver confusa, pelo menos o capacitor polar em potência explodirá e o chip queimará.
A placa de proteção está conectada ao espaço da fonte de alimentação mais e menos do amplificador, no qual existe a possibilidade de inversão de polaridade. Devemos conectar os fios de energia provenientes da placa de proteção à placa do amplificador, observando a polaridade.
É isso aí, agora o nosso amplificador tem proteção, e a inversão de polaridade não tem medo dele. Conectamos a energia corretamente.
Como você pode ver, o LED do amplificador acende, está tudo bem, o amplificador tem energia. E agora, conectamos a energia invertendo a polaridade.
Como você pode ver, nada está fumando e o LED na placa do amplificador não acende; portanto, o amplificador não recebe energia, o que significa que nossa placa de proteção caseira está funcionando e cumpre totalmente sua tarefa.
Esta placa pode ser usada para proteger contra inversão de amplificadores de som com fonte de alimentação unipolar, incluindo também amplificadores da classe D, alto-falantes portáteis e muitos outros dispositivos. Lembre-se de que, se houver pelo menos a menor chance de reverter a polaridade da fonte de alimentação, no momento certo, pelo menos, a proteção contra polaridade inversa economizará dinheiro e protegerá seu produto da polaridade inversa acidental e como resultado de quebra.
Também é importante entender que, em alguns casos, é mais conveniente usar diodos ou uma ponte de diodos como proteção contra polaridade reversa, enquanto em outros é necessário examinar a placa de proteção montada para tarefas. Tente, colete e repita. O arquivo com o quadro pode ser baixado AQUI.
Obrigado pela atenção. Até breve!
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