簡(jiǎn)單的直流電源防反接技術(shù)
直流電源是PCB板的重要部分,直流電源有正、負(fù)兩個(gè)電極,當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后,能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差,從而在外電路中形成由正極到負(fù)極的電流。同時(shí)每個(gè)芯片都需要電源供給。芯片其實(shí)是挺脆弱的,只要正負(fù)接反得話,大多數(shù)就會(huì)掛掉,相信很多人都有慘痛經(jīng)歷,對(duì)于平常日用的一些產(chǎn)品,產(chǎn)品在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)考慮這個(gè)問(wèn)題,顧客只是簡(jiǎn)單的利用插頭進(jìn)行電源的連接,所以一般采用反插錯(cuò)接頭,這是種簡(jiǎn)單,低價(jià)而有效的方法。
但是,對(duì)于產(chǎn)品處于工廠生產(chǎn)階段,可能不便采用防差錯(cuò)接頭,這可能就會(huì)造成由于生產(chǎn)人員的疏忽造成反接,帶來(lái)?yè)p失。所以給電路增加防接反電路有時(shí)還是有必要的,盡管增加了成本。
下面就說(shuō)說(shuō)常用的防接反電路:
1、 簡(jiǎn)單的在電路中串入一只二極管
優(yōu)點(diǎn):電路簡(jiǎn)單,成本較低。適用于小電流,對(duì)成本要求比較嚴(yán)的產(chǎn)品。圖二則具有永遠(yuǎn)正確的極性。
缺點(diǎn):由于二極管的PN結(jié)在導(dǎo)通時(shí),存在一個(gè)壓降,一般在0.7V以下。這個(gè)壓降就導(dǎo)致這種電路不適合應(yīng)用在電流較大的電路中,如果電路有10A的電流,那么二極管的功耗就是0.7*10=7W,發(fā)熱量還是很可觀的。特別是圖二,發(fā)熱量更是圖一的兩倍,在結(jié)構(gòu)緊湊空間有限的產(chǎn)品中,對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性或人的使用感受上影響還是比較大的。
2、利用了MOS管的開(kāi)關(guān)特性
由于功率MOS管的內(nèi)阻很小,現(xiàn)在 MOSFET Rds(on)已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí),功率MOS管的Rds(on)有20mΩ實(shí)際損耗很小,2A的電流,P=(2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。
極性反接保護(hù)將保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管與被保護(hù)電路串聯(lián)連接。保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管或NMOS場(chǎng)效應(yīng)管。一旦被保護(hù)電路的電源極性反接,保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)形成斷路,防止電流燒毀電路中的場(chǎng)效應(yīng)管元件,保護(hù)整體電路。
N溝道MOS管通過(guò)S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間,電阻R1為MOS管提供電壓偏置,利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi),從而防止電源反接給負(fù)載帶來(lái)?yè)p壞。
注意原理:
3.1、正接時(shí)候,R1提供VGS電壓,MOS飽和導(dǎo)通。反接的時(shí)候分壓電阻無(wú)電流流過(guò)無(wú)法提供G極電壓,MOS不能導(dǎo)通,所以起到防反接作用。
3.2、對(duì)于電路中并聯(lián)在分壓電阻上的穩(wěn)壓二極管,因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻是很高的,是一個(gè)壓控型器件,G極電壓要控制在20V內(nèi),過(guò)高的電壓脈沖會(huì)導(dǎo)致G極的擊穿,這個(gè)穩(wěn)壓二極管就是起一個(gè)保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管防止擊穿的作用。
3.3、對(duì)于并聯(lián)在分壓電阻上的電容,有一個(gè)軟啟動(dòng)的作用。在電流開(kāi)始流過(guò)的瞬間,電容充電,G極的電壓是逐步建立起來(lái)的。對(duì)于并聯(lián)在場(chǎng)效應(yīng)管D與S之間的阻容串聯(lián)電路,阻容串聯(lián)電路一般用作脈沖吸收或延時(shí)。用在這里要視負(fù)載的情況而定,加了或許反而不好。畢竟這會(huì)導(dǎo)致在電源在反接的時(shí)候會(huì)有一個(gè)短暫的導(dǎo)通脈沖。
VZ1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過(guò)高擊穿mos管。NMOS管的導(dǎo)通電阻比PMOS的小, 好選NMOS。
NMOS管接在電源的負(fù)極,柵極高電平導(dǎo)通。
PMOS管接在電源的正極,柵極低電平導(dǎo)通
3、二極管加保險(xiǎn)絲方式
電源極性正確,電路正常工作時(shí),由于負(fù)載的存在電流較小,二極管處于反向阻斷狀態(tài),保險(xiǎn)絲不會(huì)被熔斷。
當(dāng)電源接反時(shí),二極管導(dǎo)通,此時(shí)的電流比較大,就會(huì)將保險(xiǎn)絲熔斷,從而切斷電源的供給,起到保護(hù)負(fù)載的作用。
優(yōu)點(diǎn):保險(xiǎn)絲的壓降很小,不存在發(fā)熱問(wèn)題。成本不高。
缺點(diǎn):一旦接反需要更換保險(xiǎn)絲,操作比較麻煩。