简单的直流电源防反接技术

出处:面包板 发布于:2021-01-11 16:10:14

  直流电源是PCB板的重要部分,直流电源有正、负两个电极,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流。同时每个芯片都需要电源供给。芯片其实是挺脆弱的,只要正负接反得话,大多数就会挂掉,相信很多人都有惨痛经历,对于平常日用的一些产品,产品在进行设计时就会考虑这个问题,顾客只是简单的利用插头进行电源的连接,所以一般采用反插错接头,这是种简单,低价而有效的方法。

  但是,对于产品处于工厂生产阶段,可能不便采用防差错接头,这可能就会造成由于生产人员的疏忽造成反接,带来损失。所以给电路增加防接反电路有时还是有必要的,尽管增加了成本。

  下面就说说常用的防接反电路:

  1、  简单的在电路中串入一只二极管

  “图1、二极管防反接技术”图1、二极管防反接技术

  “图二、桥式防反接电路”图二、桥式防反接电路

  优点:电路简单,成本较低。适用于小电流,对成本要求比较严的产品。图二则具有永远正确的极性。

  缺点:由于二极管的PN结在导通时,存在一个压降,一般在0.7V以下。这个压降就导致这种电路不适合应用在电流较大的电路中,如果电路有10A的电流,那么二极管的功耗就是0.7*10=7W,发热量还是很可观的。特别是图二,发热量更是图一的两倍,在结构紧凑空间有限的产品中,对产品的稳定性或人的使用感受上影响还是比较大的。

  2、利用了MOS管的开关特性

  “图3、NMOS防反接电路”图3、NMOS防反接电路“图4、NMOS防反接电路此处输入图片描述”图4、NMOS防反接电路此处输入图片描述

  由于功率MOS管的内阻很小,现在 MOSFET Rds(on)已经能够做到毫欧级,功率MOS管的Rds(on)有20mΩ实际损耗很小,2A的电流,P=(2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散热片。解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

  极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。一旦被保护电路的电源极性反接,保护用场效应管会形成断路,防止电流烧毁电路中的场效应管元件,保护整体电路。

  N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间,电阻R1为MOS管提供电压偏置,利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开,从而防止电源反接给负载带来损坏。

  注意原理:

  3.1、正接时候,R1提供VGS电压,MOS饱和导通。反接的时候分压电阻无电流流过无法提供G极电压,MOS不能导通,所以起到防反接作用。

  3.2、对于电路中并联在分压电阻上的稳压二极管,因为场效应管的输入电阻是很高的,是一个压控型器件,G极电压要控制在20V内,过高的电压脉冲会导致G极的击穿,这个稳压二极管就是起一个保护场效应管防止击穿的作用。

  3.3、对于并联在分压电阻上的电容,有一个软启动的作用。在电流开始流过的瞬间,电容充电,G极的电压是逐步建立起来的。对于并联在场效应管D与S之间的阻容串联电路,阻容串联电路一般用作脉冲吸收或延时。用在这里要视负载的情况而定,加了或许反而不好。毕竟这会导致在电源在反接的时候会有一个短暂的导通脉冲。

  VZ1为稳压管防止栅源电压过高击穿mos管。NMOS管的导通电阻比PMOS的小,  好选NMOS。

  NMOS管接在电源的负极,栅极高电平导通。

  PMOS管接在电源的正极,栅极低电平导通

  3、二极管加保险丝方式

  “图5、二极管加保险丝方式防反接”图5、二极管加保险丝方式防反接

  电源极性正确,电路正常工作时,由于负载的存在电流较小,二极管处于反向阻断状态,保险丝不会被熔断。

  当电源接反时,二极管导通,此时的电流比较大,就会将保险丝熔断,从而切断电源的供给,起到保护负载的作用。

  优点:保险丝的压降很小,不存在发热问题。成本不高。

  缺点:一旦接反需要更换保险丝,操作比较麻烦。

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