Batería rectificadora de polaridad reversible con mínima pérdida de potencia.

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Me gustaría construir una fuente de alimentación de CC alimentada por batería que acepte una batería de celda única en cualquier polaridad (es decir, no importa en qué forma coloque la batería). Estoy pensando en usar el siguiente circuito para rectificar el voltaje.

¿Hay alguna trampa? ¿Existe un mejor diseño para mis restricciones (enumeradas a continuación)?

Circuito de polaridad reversible

Lo notarás Q1y Q2son MOSFET de canal N. Q3y Q4son canal P Supongamos que todos admiten voltajes de puerta positivos y negativos de más del voltaje de la batería.

La resistencia etiquetada se LOADencuentra en el lugar del resto de la fuente de alimentación y todo lo que funciona con ella.

Mis restricciones de diseño para el rectificador incluyen:

  • Pérdida de potencia muy baja (menos de 1 uA de corriente de reposo; menos de 1 Ohm de resistencia)
  • Admite cargas pequeñas (promedio de 130uA, pico de 20mA, mínimo 5uA)
  • Admite iones de litio de una sola célula (3.7 - 4.2V)
  • Soporte de batería en ambas polaridades

Quizás lo más importante es que no apoyaré el caso en el que la batería se inserta de una manera y luego se inserta rápidamente en la otra. En otras palabras, no necesito rectificar las ondas cuadradas. Por lo demás, no necesito rectificar AC de ningún tipo.

power-supply low-power rectifier battery-operated reverse-polarity Matt Thomas
fuente
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Introducirá corrientes de fuga a la par con su uso de corriente mínimo, creo que con cualquier tipo de configuración como esta ...
MadHatter
@MattThomas ¿Cómo define las corrientes de reposo?
Huisman
Ahora también dibuja el diodo que cada MOSFET tiene entre Drain y Source. ¿Este circuito todavía funciona?
Bimpelrekkie
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@Bimpelrekkie sí, todavía funciona. De hecho, este circuito sería un rectificador de puente de onda completa si las puertas de los FET se desconectaran y solo se consideraran los diodos del cuerpo. Pero conducir los FET reduce la caída de voltaje, dando a la corriente una ruta de baja impedancia que no sea a través de los diodos del cuerpo
Matt Thomas
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@Huisman Mi intención no era sugerir que los diodos del cuerpo evitarían que el circuito funcionara. Acabo de mencionarlos para que se tengan en cuenta (no se olvide). El hecho de que los diodos formarían un puente rectificador es un buen punto,
Bimpelrekkie

Respuestas:

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Como se mencionó anteriormente, los mosfets tienen corrientes de fuga que pueden estar en el mismo rango que sus requisitos mínimos de corriente. Los mosfets de bloqueo tienen una corriente de fuga de drenaje a fuente y los mosfets conductores tendrán una corriente de fuga de puerta a fuente.

Si se pueden abordar estos problemas, entonces su circuito sugerido funcionará bien. Por lo tanto:
busque en Internet mosfets (ultra) de baja fuga.

Encontré así el bonito CSD23381F4 12V P-Channel FemtoFET TM MOSFET.

Tiene:

  • realmente menos de 100 nA I DSS (porque V DS es max -4.2 V en lugar de -9.6 V)
  • realmente menos de 50 nA I GSS (porque V GS es máximo -4.2 V en lugar de -8 V)
  • Menos de 300 mΩ de resistencia ON (porque V GS <-2.5V y I DS es máx. -0.020 A)
  • Admite iones de litio de una sola célula (3.7 - 4.2V) debido a su bajo V GS y un V DS de -12 V.
  • cuesta solo 0.05 / 1ku

ingrese la descripción de la imagen aquí

DESCARGO DE RESPONSABILIDAD
No sé si desea hacer una PCB o incluso una placa de prueba (por favor no haga lo último), y estaba planeando la soldadura manual: entonces este paquete podría ser un problema.
Esta respuesta es más para señalar qué palabras clave buscar y qué parámetros considerar. También es la razón por la que solo se sugiere un PMOS.

Huisman
fuente
¿También tendré que considerar las corrientes de fuga de puerta a fuente para los MOSFET de bloqueo? Esos también tendrán un voltaje aplicado a sus puertas (negativo para el canal N, positivo para el canal P)
Matt Thomas
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@MattThomas No estoy seguro de cómo funciona la corriente de fuga de puerta a fuente, creo que debería leer artículos científicos sobre eso. El nombre sugiere desde la puerta hasta la fuente: luego, en el circuito que se muestra arriba, esta corriente de fuga en Q4 se ejecutará y, por lo tanto, contribuirá a la carga. Además, I_GSS se define con V_DS = 0, que no es el caso.
Huisman
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@ MattThomas No veo el beneficio de usar más mosfets en paralelo. ¿Qué caída de voltaje darán 300 mohm con 130uA? Además, los contactos de la batería y otros componentes y quizás el cableado también le darán resistencia en el mismo orden o incluso más. Por lo tanto reducir a la mitad la R_DSON contribuye quizás a un trimestre menos pérdidas de energía.
Huisman
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Encontré los precios en el sitio web de TI
Huisman
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Reducir a la mitad el R_DSON contribuye quizás a un cuarto menos de pérdidas de energía. -> Por lo tanto, reducir a la mitad el R_DSON contribuye quizás a una (forma) menor pérdida de potencia relativa .
Huisman