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分类: 电路 |
1.通常我们的电子产品,为了防止用户将正负极接反,电源接口都会做防呆处理
为了更大限度的保护我们的产品,我们还需要在PCB的电源输入部分提供极性防接反保护电路。
一些常用的电源极性防接反保护电路:
串接二极管
在电源输入接口处串接整流二极管是最为简单有效的解决方案,其优点是电路简单和成本低廉,只需要一枚二极管。但缺点是二极管有一定的压降(一般整流二极管的压降为0.8V),不适合输入电压比较低的应用场合,而且电流很大时损耗也很大(发热),另外,输入电压反接时,由于二极管是截止的,电路系统是不工作的。
当然,我们也可以采用肖特基二极管,肖特基二极管具有较低的电压降(通常约为0.6V)。但是使用肖特基时存在一个潜在的问题。 它们具有更多的反向电流泄漏,因此它们可能无法提供足够的保护,尽量避免使用肖特基二极管进行反向保护。
为了简化保护电路并降低二极管的损耗,可以直接在电路系统的输入直流供电电源两端反向并联一个二极管,如下图所示:
这样当外接电源反接时,二极管就被击穿了,从而保护电路模块中更为贵重的元器件,而二极管的成本还不到一毛钱,维修的时候直接更换一个就可以,当然,这样依然会造成电路板需要维修问题,为了提高可靠性,可以在二极管前面再串一个自恢复保险,当输入电压极性反向时,自恢复保险流过的电流过大将会熔断,避免了保护二极管的烧毁,当然,自恢复保险熔断需要一定的响应实现,大概100ms左右,这时候二极管本身存在过电流损坏的风险,所有这里最好选择功率二极管。
桥式整流器
既然串接二极管在电源极性接反时,由于二极管是截止的,电路系统是不工作的,可以采用桥式整流器,这样不论什么极性都可以正常工作,但是有两个二极管导通,功耗是单一整流二极管的两倍.
增强型NMOS管保护电路
该方法利用了MOS管的开关特性,控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路,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,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。若为PMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端,其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端,其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。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。正接时候,R1提供VGS电压,MOS饱和导通。反接的时候MOS不能导通,所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds(on)只有20mΩ实际损耗很小,2A的电流,功耗为(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。
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,最好选NMOS。
其他经验:
1.用NMOS或者PMOS进行防反接的时候,与正常使用mos管的时候是不同的,比如NMOS串在电路里的时候,电流是从s流向d的。这样做非常必要,因为寄生二极管在在加正向电源时首先被导通一小段时间(非常短),之后MOS被导通,二极管被短路(MOS的内阻非常小),在加反向电压的时候,体二极管处于截止状态。
2.关于分压电阻和稳压二极管,其实都是为了保护mos管,比如对于NMOS,Vgs一般在大于5V的时候MOS是完全导通的,但是Vgs的电压有一个限制一般是要小于20V的,所以根据你的输入,合理的设置电阻和稳压二极管来保护你的g级。
3.整流桥方案的好处是正反接电路都能工作但是损耗是串接二极管的两倍,但是可以使用理想整流桥方案,就是一个芯片加四个NMOS,损耗很小,芯片的型号是LTXXXX,缺点是成本比较高。
4.C1,R3可以去掉,因为由C
2等RC电路参数正确情况下就可以实现缓启动,VZ1也可去掉,在知道输入电压的情况下,MOS的选型也是明确的,不存在电压过高损坏器件的可能。
5.我们做的是低压的设备,我们全部桥整,当然电流不大。1、交直流随便接、2浪涌测试好过,普通的单极防护保护不了。
6.在GND端串接MOS管,将影响地回路阻抗,对控制电磁兼容来说比较致命!
7.通常都会选PMOS作为高测的缓启动开关,如果用NMOS做低侧的缓启动的话,在负载变化比较大的情况下会产生地参考的偏移,一些测量电路可能会出问题。
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