Бабенко Валерий Павлович - к.т.н., доцент, доцент кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Scopus Author ID 57220534735, SPIN-код РИНЦ 2815-3866
Valery P. Babenko - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
Scopus Author ID 57220534735, RSCI SPIN-code 2815-386
Битюков Владимир Ксенофонтович - д.т.н., профессор, профессор кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиоэлектроники и информатики
119454,Москва, пр-т Вернадского, д. 78
ResearcherID Y-8325-2018, Scopus Author ID 6603797260, SPIN-код РИНЦ 3834-5360
Vladimir K. Bityukov - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Radio Wave Processes and Technology, Institute of Radio Electronics and Informatics
78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454
ResearcherID Y-8325-2018, Scopus Author ID 6603797260, RSCI SPIN-code 3834-5360
Цели. В настоящее время широкое применение находит аппаратура с батарейным питанием (беспроводные датчики, кардиостимуляторы, «умные» браслеты, очки виртуальной реальности, беспилотные летающие аппараты, роботы, пирометры, автомобили, DC/DC преобразователи и др.). Для этих устройств принципиально важным вопросом является безопасное подключение первичных источников электропитания и наличие защиты от напряжения обратной полярности. Традиционное решение проблемы «переполюсовки» (подачи на прибор напряжения питания обратной полярности) с использованием диодов Шоттки при резервировании системы или увеличения мощности путем объединения источников питания по схеме ИЛИ вследствие большого падения напряжения приводит к значительным потерям мощности при больших токах, сложной проблеме теплоотвода и увеличению массогабаритных параметров. Это предопределило реализацию эффективных средств защиты аппаратуры с батарейным питанием от ошибочного подключения напряжения обратной полярности.Методы. Задача решена с использованием схемотехнического моделирования в среде Electronics Workbench.Результаты. Показано, что минимальный уровень потерь и малое падение напряжения при защите аппаратуры от обратной полярности питающего напряжения обеспечивают схемные решения «идеального диода» на дискретных компонентах и микросхемы типа «интегрального диода» с внешним и внутренним силовым транзистором MOSFET. Схемотехническое моделирование «идеальных диодов» на p- и n-канальных транзисторах, которые отличаются высокими техническими параметрами, позволило уточнить характеристики, потери напряжения и мощности в защищаемых цепях и показать простоту непосредственно самого технического решения. В статье обсуждены вопросы эффективности и современная элементная база устройств защиты.Выводы. Приведены примеры элементной базы устройств защиты от «переполюсовки» источников питания, варианты защиты аппаратуры от воздействия напряжения обратной полярности, а также схемотехнические решения на дискретных и интегральных компонентах. Моделирование передаточных характеристик устройств защиты показало ограничение на минимальную величину входных напряжений около 4 В, обусловленную используемым MOSFET транзистором.
Objectives. Battery-powered devices (e.g., wireless sensors, pacemakers, watches and other wrist-worn devices, virtual reality glasses, unmanned aerial vehicles, robots, pyrometers, cars, DC/DC converters, etc.) are widely used today. For such devices, it is highly important to ensure safe primary power supply connection, including protection against reverse polarity. The conventional solution to the reverse polarity problem, involving the use of Schottky diodes during system redundancy or increasing power by combining two or more power supplies in the OR-ing circuit due to a large voltage drop, results in significant power losses at high currents, heat dissipation problems, and an increase in the mass and size of the equipment. For this reason, it becomes necessary to develop efficient batterypowered equipment protection against incorrect reverse polarity connection.Methods. The problem is solved using circuit simulation in the Electronics Workbench environment.Results. When protecting equipment against reverse voltage polarity, it is shown that the minimum level of losses and low voltage drop are provided by “ideal diode” circuit solutions based on discrete components and microcircuits of the “integrated diode” type with external and internal power metal–oxide–semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). The circuit simulation of ideal diodes based on p- and n-channel transistors with superior technical parameters allows the characteristics and voltage and power losses in the protected circuits to be specified along with a presentation of the proposed technical solution simplicity. The contemporary component base of protection devices is discussed in terms of efficiency.Conclusions. Examples of equipment for protecting against reverse voltage polarity are given along with circuit solutions based on discrete and integrated components. The simulation of the transfer characteristics of protection devices shows the limit for the minimum input voltage value of around 4 V using a MOSFET transistor.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.