Otomotiv Ters Voltaj Koruma (Reverse Voltage Protection)

Otomotiv elektroniği örnek vermek gerekirse;elektronik kontrol ünitesi(ECU),sensörler ve çevre birimler tek bir hatta bağlıdır. Bu elektronik birimlere bağlı güç kaynakları; akü ve alternatör kararsız çıkış voltajına sahiptir. Otomotiv ‘de araç voltajı -12v’dan ters voltaja,+125V transiet voltaja kadar değişim gösterebilir.Bu yazı dizisinde bu voltaj değişimleri nedeni ve bunlar için gerekli koruma devreleri nelerdir bunlardan bahsedeceğiz.İlk olarak ele alacağımız Ters voltaj korumadır.

Otomotiv elektroniği besleme

Reverse Voltage Protection( Ters voltaj Koruması)

Ters Voltaj kutuplaması(Reverse voltage Polarity) otomobillerde gerekli olan tipik korumadır.Araç bakım sırasında akünün terminallerine yanlış bağlantısı sonucu elektronik ünitelere hasar verebilir.Bu tip hasarlardan korunmak için ters voltaj koruma devresi dizayn etme ihtiyacı duyulur.

Otomotiv’de elektronik dizaynlar ISO standardına uygun olarak tasarlanması gerekmektedir. ISO 16750-2 standartına göre nominal voltajı 12 volt 24 volt olan araçlar aşağıda belirtilen voltajlar ters kutuplama yapılarak belirtilen sürede DUT(Device Under Test)’ uygulanmalıdır.

Nominal Voltaj (V) Test Voltajı (V) Uygulanacak Süre(sn)
12 14 60
24 28 60

a-) Diyot ile Ters Voltaj Koruma

ISO7637-2 göre koruma diyodunun reverse breakdown voltajı  minimum 150 volt olmalıdır.Normal diode(1N5400) kullanılırsa Harcanan güç Vf=0.85v ise wasted power=Vf X Current=0.85Vx2A= 1.7W’dır.Verimi artırmak istersek schottky diyot kullanalım.Bildiğimiz üzere schottky diyotta forward voltaf(Vf) daha düşüktür.STPS2L60 schottky diyot kullandığımızı düşünelim.IFM(A) forward voltaj düşümü ile forward current bağlantısından 2 amperde forward voltajın 0.55 olduğunu göreceğiz.Ama dikkat etmemiz gereken bir nokta var birçok schottky diyotun ters voltaj sızıntı akımı(Reverse leakage current) yüksektir.Buda onu ters voltaj kutuplaması(Reverse voltage protection) için kötü tercih yapacaktır.Sonuç olarak diyot ile koruma ucuz,basit ama kayıbı yüksek olan yöntemdir.

Diyot ile ters voltaj koruma

Diyot ile ters voltaj koruma

b-) PFET ile Ters Voltaj Koruma

Diyot ile ters voltaj koruma devresine göre PFET’in avantajı sistem üzerindeki kayıp çok azdır.

Soldaki Grafikte Negatif 12 volt giriş voltajına karşılık çıkış voltajı gözükmektedir.

Soldaki Grafikte Negatif 12 volt giriş voltajına karşılık çıkış voltajı gözükmektedir.

Yukarıda şematiği ,ücretsiz olan LT-Spice devre analiz programında oluşturulan devrenin PMOS ve zener diyodun nasıl seçileceğini bahsedeceğim.

Sistem için seçilen zener diyot(MMSZ10V-HT)’un voltajı PMOS’un VGS gerilimi  geriliminden daha küçük olmalıdır.

  • Mosfet VDS(Drain-Source Voltage)=Uygulanacak voltaj x 5=12×5=60 volttur.
  • RDS(Static Drain-Source On-Resistance)=0.023 (SQ4401EY-T1-GE3)
  • Power Loss= I^2x R=2AX2AX0.023ohm=0.092W
  • VGS(th) (Gate Threshold Voltage) =Mosfet’de gate-source gerilimi eşik(threshold)başlangıç değeri VT’yi aşıncaya kadar drain akımı hiç akım akmaz.
  • Gate Threshold Voltage(VGS(th) max)(4v) < Vgs < VGS(Gate-Source Voltage) bu aralıkta olmalı.

Tasarım Karşılaştırması

Diode ile Ters Voltaj Koruma Pmos ile Ters Voltaj Koruma
Kayıp 1.7W 0.092W
Sistem Tasarımı Basit Karmaşık
Fiyat Ucuz Pahalı

 

Otomotiv Geçici Gerilim Koruma (Transient Voltage Protection)

Resettable PTC Fuse – Kısa Devre Koruma

Bu yazı hakkında ne düşünüyorsun ?
  • Faydalı 
  • Gereksiz 
  • Müthiş 
  • Normal 
The following two tabs change content below.
Sidar ATABEY

Sidar ATABEY

Elektrik-Elektronik Mühendisi. Makine Mühendisliğinde yan dal programını tamamladı. 1 sene boyunca Erasmus Programı kapsamında Polonya Silesian University of Technology'de eğitim gördü.