原创 超过100mA系统中的两种优秀反极性保护方法(反极性保护之四)

有很多方法可防止反向极性产生破坏作用，但其中有一些方法更好。例如，对于工作电流超过100 mA的系统，其功耗和压降可能是个问题，我们通常建议使用以下两种方法之一： 保险丝和瞬态电压抑制器(TVS)，或专用反向极性保护器件。

保险丝和TVS

如果主要问题是防止灾难性故障，并且不需要反向偏压重置，则“保险丝和TVS”方法（图1）是极好的方法。它以某种可重置的方式（假设瞬变时间短至足以避免打开保险丝）有助于保护系统和最终用户以防短时瞬变（正极和负极），并在瞬变时间延长的情况下安全地关断系统。

 图1. “保险丝和TVS”方法

 在反向偏压足够大的事件中，此方法可安全地断开器件，并为过压瞬变和短时反向极性瞬变提供某种程度的可重置保护。必须仔细验证使用的保险丝的预期寿命，并且必须小心匹配保险丝/二极管组合以避免灾难性故障模式。一旦触发以响应持久性故障，保险丝将永久断开，因此这并非适用于长时瞬变的可重置方法。

永久开路在成本和空间要求方面都具有优势。由于保险丝可设计为在持久性故障中断开，因此您不必确定二极管及其关联的散热片结构的大小以支持持久的过压或欠压情况。您可以根据预期的瞬变事件以及断开保险丝需要什么来确定二极管的大小。这样就能节约二极管的成本并实现更小的电路板。

“保险丝和TVS”方法也有一些限制。保险丝必须有串联电阻才能起作用，并且如果要提供保护，必须有足够的电阻来激活。这种电阻会使系统产生一些功率损耗，并可能在正常操作中使保险丝发热和热循环。令人遗憾的是，许多采用最低电阻的保险丝技术也最易受疲劳影响。仔细选择正常操作时间更长的保险丝。

在过压事件中，当二极管分流到地面并拉动足够的电流来降低电源电压时，二极管匹配可能是个问题。如果尺寸不合适，二极管可能在未打开保险丝的情况下使电路板过热或在保险丝打开之前二极管可能出现故障。这就可能导致耗电量不足以打开保险丝的下游热事件，并因此而无法达到首先使用保险丝的目的。 

如果需要反向偏压重置，则TVS可与正温度系数(PTC)电阻（或热敏电阻）一起使用。但匹配要求更严格并且尺寸增大，因此需要验证反向偏压事件中的系统级保护。

专用反向极性保护器件

添加反向偏压重置的更好方法是使用专用反向极性保护器件（图2）。

  图2. 专用反向极性保护器件方法

 由于专用器件专为保护反向偏压或反向极性而设计，因此可将操作功耗保持在极低水平。串联电阻可反映应用需求，并且与使用PTC电阻、保险丝或串联二极管时的情况不同，串联压降不是正常操作的一个需求。

通过利用极低电阻的可能性，您可根据需要最大限度降低功耗和压降。这对效率和器件尺寸很有利，因为优化了封装功耗的需求。静态电流保持在极低的水平。过压保护等额外特性可集成到器件中，从而在最大限度降低其成本的同时进一步实现最大程度的保护。

专用器件因结合了所有这些特性而成为最易实现且性价比最高的方法之一。这也是升级电池供电器件的理想方法，其使用机械解决方案避免因电池安装不当而引起的反向极性。

 相关链接：

应用指南

AN-9739智能开关反向电池保护

http://www.fairchildsemi.com.cn/an/AN/AN-9739.pdf

反向极性保护器件

http://www.fairchildsemi.com.cn/search/discretes/circuit-protections/reverse-polarity-protection/

灵活、节省空间的反极性保护器
http://www.fairchildsemi.com.cn/Assets/zSystem/documents/collateral/benchmarks/2012-Volume-04-Benchmarks.pdf