防止电源正负极反接的保护电路设计
0 2024-02-23

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电源防反接,应该是很多电路场景下都会采取到此系列得设计。

前几日,小白在做单板验证时,在接上假电池然后电源供电时,一不小心将假电池的正负极与供电电源的输入输出接反了,导致单板烧坏,瞬间一缕青烟飘荡在我的座位上。由于我们的产品用的是真电池,所以不会存在反接的情况,更不存在电源防反接的设计,但是处于调试验证阶段,真电池有限,所以采用的是假电池,于是乎,,,一不下心出现了上述情况。

基于此问题,今天,我还是想简单的整理一下,在一些电路中,为防电源反接所采取的电路措施,相关文章推荐:防反接常用单元电路,收藏了


二极管串联反接保护电路

在电源的输入端,串联一个正向二极管,其主要利用了二极管的正向导通,反向截止的特性。

在电路接入正常时,二极管是导通的,电路可以正常工作。

在电源接反时,二极管截止,电源无法形成回路,电路板无法正常工作,可以有效的防止反接带来的危害。

但是需要注意的是,二极管存在压降。其中硅材料的二极管压降一般为0.7V。锗材料的二极管压降一般为0.3V。

使用桥式整流电路防反接保护电路

使用桥式整流电路,无论电源正接还是反接,电路都能正常的工作。

但存在和第一种方法一样的问题,二极管存在压降,会导致后级电路的输入电压小于电源电压。

使用MOS管进行防反接电路的保护

MOS管存在导通阻抗,即RDS(on)-漏极/源极间的导通阻抗。所以在进行该类电路设计时,应选择导通阻抗较小的MOS管。一般在几毫欧或者几十毫欧左右。此时存在的压降极小,可以忽略不计,相关文章:深入了解MOSFET的工作原理


NMOS防护

在上电的瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统构成回路。源极电压大概为0.6V.此时栅极的电压为Vbat,MOS管的开启电压Vgs=Vbat-0.6。只要大于规格书的标准,DS即可导通,此时MOS管的寄生二极管被短路,系统通过MOS管的DS产生回路。

若电源反接,NMOS管导通电压为0,NMOS截止,寄生二极管反接,电路出于断开状态,无法形成回路。


PMOS防护

同上述类似,在上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统构成回路,源极电压为Vbat-0.6V,然而栅极电压为0,MOS管的开启电压为Ugs=0-(Vbat-0.6),栅极为低电平,PMOS,导通,寄生二极管被短路,系统通过PMOS的ds接入形成回路。

若电源接反,NMOS的导通电压大于0V,PMOS截止,寄生二极管反接,电路断开,从而形成保护。

其中,NMOS串接到负极,PMOS串接到正极,寄生二极管朝向正确的电流流经的方向。

NMOS,电流从D极流入S极流出。PMOS则是,S极流入D极流出。

实际应用中,G极一般还要串接一个电阻,为了防止MOS管被击穿,也可以加上一个稳压二极管。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极电压逐步建立起来。

对于PMOS,相比于NMOS导通需要Vgs大于阈值电压,由于其开启电压可以为0,DS之间的压差不大,比NMOS更具备优势。

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