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Verpolungsschutz mit Mosfet

Eine weitere Methode, eine Schaltung von einer Verpolung zu schützen, setzt auf die Mosfet Transistoren. Der Hauptgrund dafür ist, dass diese Transistoren einen sehr geringen Durchlasswiderstand aufweisen, was dazu führt, dass nur mit geringem Spannungsabfall zu rechnen ist. Der in der Testschaltung eingesetzte Transistor IRFZ20 hat einen Rds-Widerstand von lediglich 0,1 Ohm (10Vgs). Bei einem Strom von 2A hätten wir hier einen Spannungsabfall von lediglich 20 mV. Das ist deutlich weniger als im Fall einer Gleichrichterdiode, die als Verpolungsschutz ebenfalls angewendet werden kann. Als Verpolungsschutz können beide Transistortypen, P-Kanal und N-kanal, verwendet werden. Unabhängig davon, für welchen Transistortyp man sich entscheidet, die Lösung ist einfach und bedarf nur wenige Bauteile.
Ein Beispiel mit einem P-Fet zeigt die folgende Abbildung:

Der Transistor ist in Reihe mit dem Plus-Pol der Versorgungsspannung verschaltet. Sobald eine korrekt gepolte positive Spannung am Eingang angelegt wird, wird der Transistor leitend. Das wird dadurch sichergestellt, dass Gate an Minus angeschlossen ist und damit ein geringeres Potenzial als die Versorgungsspannung aufweist. Der Transistor leitet und die sich dahinter befindliche Verbraucher-Schaltung wird mit Strom versorgt. Wenn jedoch die Versorgungsspannung falsch angeschlossen wird, wird der Transistor gesperrt, wodurch die Verbraucher-Schaltung geschützt wird.

Verpolungsschutz mit N-Kanal-MOSFET

In unserer Testschaltung kommt ein N-Kanal Mosfet (IRFZ20) zum Einsatz. Der Transistor wird, anders als im Fall eines P-FET, in Reihe mit dem Minus der Versorgungsquelle verschaltet. Ansonsten bleibt das Prinzip des Schutzes gleich. Sobald richtig gepolte Versorgungsspannung ins Spiel kommt, wird der Transistor leitend und die Verbraucher-Schaltung regulär mit Strom versorgt. In diesem Fall hat das Gate das Potenzial der Versorgungsspannung, damit ein höheres Potenzial als das, das an dem Source-Anschluss herrscht.
Wenn eine falsch gepolte Versorgungsspannung angelegt wird, ist der Transistor gesperrt und damit die Verbraucher-Schaltung geschützt.
Um auch für den Schutz des Transistors zu sorgen, kann in die Schaltung eine Zenerdiode eingepflegt werden. Bei niedrigeren Spannungen kann man auf sie verzichten. Einige Beispiele und weitere Infos findest du u. a. unter:

Schaltplan

Neben dem Mosfet, der für den eigentlichen Verpolungsschutz zuständig ist, und einer 15 V Zener-Diode enthält unsere Testschaltung noch einige Leuchtdioden. Mit LED 1 (Farbe Blau) wird informiert, dass eine korrekt gepolte Versorgungsspannung angelegt wurde. In diesem Fall geht die blaue Leuchtdiode an. Zusammen mit ihr geht auch die grüne Leuchtdiode (LED 3) an. Sie symbolisiert eine Verbraucher-Schaltung, die nur dann funktioniert, wenn richtig gepolte Spannung anliegt. Die zwei roten Leuchtdioden LED 2 und LED 4 bleiben dabei aus.
Sobald eine falsch gepolte Versorgungsspannung ins Spiel kommt, geht die grüne Leuchtdiode LED 1 aus. Die rote Leuchtdiode LED 2 leuchtet dagegen auf. Sie informiert, dass eine falsch gepolte Spannung angeschlossen wurde. Die Leuchtdiode LED 3, die Verbraucher-Schaltung symbolisiert, geht ebenfalls aus. Wenn der eingebaute Schutz funktioniert, muss der Stromfluss unterbrochen werden und die Leuchtdiode LED 4 aus bleiben. Wenn der Verpolungsschutz nicht funktioniert, geht die LED 4 an. In diesem Fall könnte die durch die LED 3 symbolisierte Verbraucher-Schaltung beschädigt werden. Das Ausbleiben von LED 4 kann als Bestätigung für die richtige Funktionalität des Schutzes angesehen werden.

Testschaltung

Kurzvideo

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