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防反接电路的设计

防反接电路在电路设计中还是挺重要的,因为你永远不知道你的用户会有用什么样的骚操作,把电源接反导致炸板。
一个好的防反接电路,以增加了一点点元器件的代价,换来对用户 / 产品的安全负责。

二极管防反接电路

如图,在电源正 / 负极的路上,增加二极管(单向导通性),实现防反接。此电路简单,成本最低。缺点是压降大(0.6V 左右);电流越大,发热越严重;反向电压过大时,会有漏电流,应留足余量。可以选用成本相对高但较低压降的肖特基二极管。

;## P-MOS 管防反接电路 ; ; ; ;以上图为例。刚上电时,MOS 管的寄生二极管导通,S 级电压为 VCC-0.6V,G 级为 0V,P-MOS 导通;当电源反接时,G 级为高电平,不导通,保护后级。 ; ;实际应用中,可以在 P-MOS 栅极与源级之间再加一个电阻。这种办法也有 P-MOS 跟 N-MOS 之分,都是利用 MOS 管的寄生二极管以及其导通性,不过 N-MOS 的导通电阻比 P-MOS 小,因此会降低一点点功耗。电源反接后,MOS 管就是断路,可以很好的保护后级电路。这种方法应用比较广泛,推荐实际中使用 N-MOS.

MOSFET 防反接

MOSFET 拥有较低的导通电阻(RDS(on)R_{DS(on)}),用作防反接保护电路,只有很小的功率损耗。因为 N-MOS 是 G 极高电平导通,P-MOS 是 G 极低电平导通,所以 N-MOS 一般用于低端侧防反接,P-MOS 则用于高端侧:

正确接入电源时,MOS 管导通,后续电路能正常接受供电;反接时,MOS 管截止,断开以保护后续电路。

MOSFET 防反接的损耗为 RDS(on)IloadR_{DS(on) * I_{load}}。挑选 MOSFET 的指标是 RDS(on)R_{DS(on)} 尽可能小,UGSthU_GS{th} 在电源电压以下。相比而已,N-MOS 比 P-MOS 导通电阻小,而且选型更加丰富。

整流桥防反接电路

桥式整流电路有两个二极管产生压降,功耗与发热都比较大,如果不是一些特殊场合,一般不推荐使用。

保险丝 + 稳压二极管

此电路设计非常巧妙,既可以防反接,又可以防过压。其原理是:

当电源 Vin 接反时,稳压二极管 D1 正向导通,负载的负压为二极管的导通电压 Vf,而 Vf 一般比较低,不会烧坏后级负载电路。同时,电压主要落在 F1 上,因此开始时电流会迅速上升,直至超过 F1 的熔断电流后,保险丝 熔断,电源断开,这样也不会因为电流过大,而烧坏 D1.

当正接但电压过高时(例如大于稳压管的 5.6V),因为稳压管 D1 存在,所以负载端获得电源约为 5.6V。而 F1 上就会有比较大的电压(Vin-5.6V),电流上升直至熔断,保护了后端电路。此为防过压保护。

这个电路要注意的几个点:

  1. 保险丝的选型。熔断电流要大于后级负载正常的工作电流(电路正常使用时不能熔断)
  2. 稳压二极管的选型。稳压值要大于正常 Vin 的电源输入(正常电源输入时不能击穿稳压),但是要小于后级能允许的最大输入电压(稳压值不能烧坏后级电路)
  3. 满足 稳压二极管的最大允许电流 + 上电时负载电流 > 保险丝的击穿电流 这个条件。在电源过压输入时、保险丝被击穿之前,稳压管才不会因通过的电流过大而烧坏
  4. 反接电路时产生的负压 Vf 一般小于 1.5V。后端电路应能承受 1.5V 的负压,不会被烧坏
  5. 此电路尽量用于功率小于 500mW 的电路中

参考与致谢

文章作者:Power Lin
原文地址:https://wiki-power.com
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