Saya baru saja membeli Raspberry Pi (RPI) model B + yang baru dirilis. Dalam membandingkan skema dengan model B yang lebih lama, saya perhatikan mereka telah memperbarui sirkuit perlindungan daya.
Fungsionalitas sirkuit sebagian besar jelas. Ada polyswitch F1, sekering self-reset yang melindungi RPI dari kondisi arus berlebih. Ada dioda Transient Voltage Suppressor (TVS) D5 yang melindungi RPI dari pelepasan listrik statis dan kemungkinan kondisi tegangan berlebih. Namun, fungsi mosfet Q3 bersama dengan transistor PNP U14 yang cocok tidak begitu jelas. MOSFET biasanya digunakan sebagai perlindungan polaritas terbalik, tetapi perlindungan tersebut tidak diperlukan untuk RPI karena konektor USB terpolarisasi digunakan.
“RPI B + Sirkuit Perlindungan Daya”
“Perlindungan polaritas terbalik dengan mosfet”
Saya tidak dapat mengetahui fungsi pasangan PNP dengan menelusuri di Internet. Adafruit juga memperhatikan pasangan transistor ini tetapi tidak memberikan penjelasan yang berguna.
Ternyata transistor PNP yang cocok digunakan sebagai pembanding tegangan. Ketika Vin> Vout, PNP menjadi bias sedemikian rupa sehingga mosfet dinyalakan. Saat Vin <Vout, mosfet dimatikan. Dengan kata lain, rangkaian bertindak sebagai dioda yang membiarkan arus mengalir hanya ke arah depan. Keuntungan dari “dioda” ini dibandingkan silikon atau bahkan dioda schottky adalah penurunan tegangan yang jauh lebih rendah. Fungsionalitas dioda ini penting karena ketika RPI disambungkan ke port USB komputer, RPI tidak boleh mengalirkan arus ke VBus. Tanpa rangkaian PNP ini, jika ada tegangan pada Vout, mosfet akan dihidupkan. Tegangan pada Vout akan muncul jika RPI diberi daya melalui port ekspansi GPIO. Jika tegangan yang diberikan ini ternyata lebih tinggi dari VBus, maka arus akan mengalir ke VBus, berpotensi merusak komputer. Cara kerja rangkaian adalah ini: jika Vin = Vout, katakanlah 5.0V, transistor PNP bias dalam konfigurasi cermin saat ini. Vb transistor U14 akan menjadi 5-0.6 = 4.4V, konfigurasi mirroring berarti Vg juga akan berada di 4.4V. Vgs adalah 4.4-5.0 = -0.6V. MOSFET akan dalam keadaan mati (hampir dihidupkan). Jika Vout sedikit lebih rendah dari Vin, katakanlah 4.9V, U14a masih akan bias seperti sebelumnya, jadi Vb masih 4.4. Vbe dari U14b sekarang akan menjadi 4.4-4.9 = -0.5, U14b akan mati dan Vg akan menjadi 0V karena tidak ada arus yang mengalir melalui R3. Vgs akan menjadi 0-4.9 = -4.9V, dan mosfet akan aktif sepenuhnya. Jika Vout sedikit lebih tinggi dari Vin, katakanlah 5.1V. U14b akan dihidupkan melalui resistor biasing R2. Transistor U14b akan berada dalam mode saturasi dan Vg akan menjadi 0,2 V lebih rendah dari Vout, Vgs = -0,2, dan mosfet akan mati. Kesimpulan
Sirkuit proteksi pada model RPI B + berfungsi sebagai dioda daya yang ideal.