Usando un diodo para asegurar que la corriente fluya en una sola dirección, sin causar una caída de voltaje

Para alimentar mi microcontrolador (ATmega8), estoy usando una fuente de voltaje de ~ 5.4V. Quiero asegurarme de que no conecto accidentalmente la fuente de voltaje en reversa, y pensé que un diodo sería una buena manera de lograr esto ya que, por lo que he aprendido hasta ahora, un diodo permite que la corriente fluya en una dirección y bloquea en el otro

Pero lo que también aprendí es que los diodos crean caídas de voltaje. Tengo algunos de los diodos típicos (1N4001, 1N4148, etc.), y me gustaría usarlos para lograr el resultado antes mencionado sin perder el voltaje, ya que sería demasiado bajo para alimentar el CI.

Mi pregunta es, ¿hay alguna manera de hacer esto con un diodo? ¿O necesito algún otro componente (si es así, ¿qué me recomendarías)?

Usted no quiere un precio tan bajo como sea posible caída de tensión. El ATmega8 se especifica para una operación de 2.7 V a 5.5 V, y ese 5.5 V es en realidad 5.0 V con algún margen. En la hoja de datos verá muchos parámetros especificados a 5 V.

Su voltaje de suministro es ~ 5.4 V. ¿Qué significa "~"? ¿Que puede variar en un pequeño porcentaje? 3% más alto le da 5.56 V, que está fuera de especificación. No hará que el AVR se incendie, pero es un buen hábito cumplir con las especificaciones.

Así que deja caer el voltaje. Permita una caída de 500 mV. El ATmega consumirá solo un par de decenas de mA. Un 1N4148 caerá típicamente 900 mV a 50 mA, lo que aceptaría con mucho gusto, pero que puede encontrar demasiado alto. En ese caso , elija el Schottky , como también se sugiere en otras respuestas. No desea un diodo Schottky con una caída de 100 mV , elija uno con peores especificaciones. Este caerá 450 mV a 100 mA.

Un diodo real está limitado por las leyes de Física [tm]. El voltaje real dependerá de la corriente y el voltaje y el dispositivo utilizado, pero, como guía, bajo una carga muy ligera, un diodo Schottky puede manejar algo por debajo de 0.3V, pero esto generalmente aumenta a 0.6V + a medida que la carga se acerca al máximo permitido. Los dispositivos de alta corriente pueden tener caídas de voltaje directo de más de 1V. Los diodos de silicio son peores por un factor de dos a tres.

El uso de un MOSFET en lugar de un diodo proporciona un canal resistivo para que la caída de voltaje sea proporcional a la corriente y pueda ser mucho más baja que para un diodo.

El uso de un MOSFET de canal P como se muestra a continuación hace que el MOSFET se encienda cuando la polaridad de la batería sea correcta y se apague cuando se invierte la batería. Circuit y otros de aquí he usado este arreglo comercialmente (usando el arreglo de imagen espejo con un MOSFET de canal N en el cable de tierra) durante varios años con buen éxito.

Cuando la polaridad de la batería NO es correcta, la puerta MOSFET es positiva en relación con la fuente y la 'unión' de la fuente de la puerta MOSFET tiene polarización inversa, por lo que el MOSFET está apagado.

Cuando la polaridad de la batería es correcta, la compuerta MOSFET es negativa en relación con la fuente y el MOSFET está polarizado correctamente y la corriente de carga "ve" en el FET Rdson = en la resistencia. Cuánto depende esto del FET elegido, pero los FET de 10 miliohms son relativamente comunes. A 10 mOhm y 1A obtienes solo una caída de 10 milivoltios. Incluso un MOSFET con Rdson de 100 miliohm solo dejará caer 0.1 Volt por amperio, mucho menos que incluso un diodo Schottky.

Nota de aplicación de TI Circuitos de protección de corriente inversa / batería

El mismo concepto que el anterior. Versiones de canal N y P. Los MOSFET citados son solo ejemplos. Tenga en cuenta que el voltaje de compuerta Vgsth debe estar muy por debajo del voltaje mínimo de la batería.

Dos ideas:

1. Use un diodo Schottky en lugar del diodo de unión PN normal. Los diodos Schottky tienen menos caída de voltaje que los diodos PN.
2. Conecte el diodo a través de la fuente de modo que normalmente tenga polarización inversa. Cuando la alimentación se conecta al revés, el diodo conducirá y evitará que el voltaje inverso exceda la caída de voltaje directo del diodo. Necesitará un suministro de corriente limitada o un fusible aguas arriba del diodo para que no se le pida que lleve corriente ilimitada.

• Un diodo de potencia Schottky le dará una caída de voltaje tan baja como 0.2V
• Hay muchos conectores disponibles que no se pueden enchufar a la inversa.
• Muchas personas usan un conector de tres clavijas con dos cables conectados. En este caso, enchufar en reversa no conecta ambos cables.

Ustedes se pierden cómo obtener un diodo de caída de voltaje cero. Tome 2 diodos, digamos 1Nwhocares. Presione uno a través de una resistencia, saque el .6V más o menos y aplíquelo al ánodo del otro diodo a través de una segunda resistencia. Ejecute el cátodo del segundo diodo a tierra con una tercera resistencia. El segundo diodo ahora está polarizado por el primer diodo. Ponga una entrada de tapa al ánodo del segundo diodo para obtener aislamiento de CC. Shazam, una señal de entrada de CA se rectifica sin ninguna caída de voltaje de diodo apreciable. Olvídate de los germanios y Shottkys, en el mejor de los casos obtienes como .3 v. Fácil de ajustar mi circuito para obtener una caída de voltaje de .05. Simplemente aumente la corriente del primer diodo para obtener una mayor caída de voltaje. Hace que un comparador de cruce por cero sea realmente bonito. Diga adiós a los errores de fase. Ajustes? Coloque una tapa sobre el primer diodo, elimine el ruido. Haga que la resistencia que va al ánodo del segundo diodo sea bastante grande. Ayuda con pequeñas señales.

Un diodo Schottky sería una buena solución y es lo que terminé eligiendo para la protección de polaridad de la ruta de alimentación en una placa de desarrollo PIC que hice esta semana. Los diodos Schottky tienen una caída de voltaje muy baja en comparación con muchos otros tipos de diodos, especialmente los de uso general. Un uso popular para los diodos Schottky es usarlos para circuitos de alta frecuencia ya que tienen una velocidad de conmutación rápida, aunque también son conocidos por su baja caída de voltaje directo. Sin embargo, un inconveniente para ellos es su voltaje de ruptura relativamente más bajo en comparación con otros tipos de diodos. Si solo está buscando protección de polaridad para un microcontrolador de 3.3v / 5v u otra aplicación de bajo voltaje, esto podría ser ideal para usted porque la baja caída de voltaje es atractiva y el bajo voltaje de ruptura aún es probablemente más alto de lo que necesita. Elija un diodo con especificaciones que coincidan con la caída de voltaje máxima requerida en el consumo de corriente esperado, consumo de corriente de carga y voltaje de ruptura. Digikey.com hace esto muy fácil; debería ser muy sencillo a partir de ahí.

Para proteger un circuito de la polaridad inversa usando un diodo pero sin caída de diodo, reemplace el diodo con un fusible y conecte un diodo bastante grande en polaridad inversa a través de los rieles de alimentación, después del fusible, por supuesto. Debe ser capaz de manejar continuamente la corriente máxima del fusible, así como un alto índice de pulso, lo que generalmente pueden hacer los diodos.

Así es como funcionan todos los inversores de potencia. Pueden extraer cientos de amperios a 12 voltios, pero la polaridad inversa solo quema los fusibles.

Otra solución para dispositivos de baja corriente es reemplazar el fusible con una resistencia. La caída de voltaje a través de la resistencia puede ser menor que un diodo a bajas corrientes.

Otra forma es usar un diodo en un MOSFET, ya que un MOSFET tiene un diodo dentro. Para proteger el suministro positivo, use un dispositivo de canal P de tal manera que el diodo proteja el dispositivo de la polaridad inversa con la puerta apagada. Ahora solo tiene que hacer algo de lógica (como una resistencia simple y un diodo de señal pequeño) para encender la puerta cuando la polaridad es correcta, entonces esa caída de diodo de .6 voltios ahora se convertirá en la resistencia Rds MAX del MOSFET o menos. Los MOSFET se encienden en ambas direcciones.