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電子產品要正常工作,就離不開電源。像手機、智能手環這種消費類電子,其充電接口都是標準的接插件,不存在接線的情況,更不會存在電源接反的情況。但是,在工業、自動化應用中,有很多產品是需要手動接線的,即使操作人員做事情再認真也難免會出錯。如果把電源線接反了,可能會導致產品被燒掉。
那如果在設計產品的時候,就考慮了電源防接反而設計了防接反電路是不是會方便很多呢?今天就來討論一下如何實現電源防接反,電源防接反的電路有哪些。
二極管串聯
以常用的5V/2A為例。常用二極管串聯在電路中,在電源反接時,二極管承擔所有的電壓,有效防止電源反接損壞后級設備。但是,二極管上壓降較大,損耗較高。使用肖特基二極管可以減小損耗,但是仍對電路有較大影響,特別是在電源電壓更低的情況下。
反并二極管+保險絲
使用反并二極管+保險絲,正常運行時基本沒有損耗。在電源反接時,電源側接近短路,保險絲熔斷,從而實現保護。反接發生后,二極管和保險絲一般都需要更換。并且,輸入反接時產生一個負壓,后級設備還是有可能損壞。
PMOS防反接電路
基本電路
基本的PMOS防反接電路,利用PMOS的寄生二極管:
電源正接,寄生二極管導通,S極電壓升高,V G S ≈ ? V i n ,從而PMOS開啟,一般導通電阻在數十mΩ,導通損耗遠低于二極管。
電源反接,寄生二極管截止,V G S = 0 V,PMOS關斷,后級設備電壓為0。
添加穩壓管
如果使用PMOS的Vgs耐壓低于電源電壓,可以使用穩壓管限制Vgs。或者在輸入電壓基本不變的情況下,也可以使用電阻分壓。
注意
1、PMOS需要選擇合適的Vds、Vgs耐壓,選擇低Rds的型號可以減小損耗;
2、注意PMOS上的功耗和散熱;
3、因為PMOS開啟后電流可雙向流動,這個電路的負載不能是電池等電壓源。否則,如下右圖,因為負載電池有5V電壓,V G S = ? 5 V V_{GS}=-5V,實際上PMOS還是開啟了,輸入反接還是會導致過流。
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