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1、二极管防反接电路
 
2、桥式整流管防反接电路
 
3、MOS管防反接电路
 

电子产品设备在使用的过程中最容易且最致命的一个错误操作就是：正负极接反，运气好没啥大事，通常轻则烧毁电源电路器件，重则烧毁MCU、昂贵的核心元器件。
 
本篇博文将分享几种常用的防反接电源电路设计，希望可以帮助到各位朋友。
 
1、二极管防反接电路
 
通常情况，直流电源防反接保护电路最简单节省成本的方式就是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护，如下图所示：
 
 
这种方式简单可靠，成本低，但是不适合低电压和大电流。
 
二极管具有正向电压降，压降范围为0.7V~3V，对于低电压而言可能不适用，分压后可能导致负载电压不够。
 
二极管的耐压很高，但是过电流能力有限，当输入大电流的情况下功耗影响非常大，若输入电流额定值达到3A，一般二极管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝3A×0.7V＝2.1W，损耗这么大，这样效率必定低，且发热量大，要加散热器。这就不划不来了。 所以这种只能用在小电流，要求不高的电路中。
 
2、桥式整流管防反接电路
 
桥式整流管是由4个二极管组成，不论输入电源正负怎么接，输出极性都是正常的，如下图所示：
 
 
 
 
 
桥式整流同时有两个二极管导通，不再对电源的极性有要求，实现了电源的任意接法，这时最大的优点，但是功耗是单个二极管防反接电路的2倍。若当输入电流为3A时，Pd＝3A×0.7V×2＝4.2W，更要加散热片了。成本更高，不实用。
 
3、MOS管防反接电路
 
MOS管是一种压控型的半导体器件，可以分为P-MOS和N-MOS，其内阻很小（压降小），可利用其开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路。
 
P-MOS管防反接电路的导通条件是栅极和源极之间的电压VGS<0时导通，否则截止，利用P-MOS管防电源反接时，P-MOS管接在高侧，即靠近电源正极一侧，如下所示：
 
 
N-MOS管防反接电路的导通条件是栅极和源极之间的电压VGS>0时导通，否则截止，利用N-MOS管防电源反接时，N-MOS管接在低侧，即靠近电源负极一侧，如下所示：
 
 
与P-MOS管相比，N-MOS管导通电阻小且价格相对更便宜，最好选N-MOS管。
 

拓展学习：一文搞懂三级管和场效应管驱动电路设计及使用

记得城大佬的公众号中的文章：链接https://mp.weixin.qq.com/s/i-GIwW4hNgtCH6-QPd0PLQ
 注明：理论分析部分来源于记得城微信公众号！以下都是！！
 自己用Multisim14进行了仿真实验：
 
PMOS管防反接电路：
 连接正确，输出5V
 5V正极连接MOS管的D极，S极输出 体二极管方向由D–>S （PMOS管）
 
输入电源是5V，当5V正常接时，5V从U1的D极经过体二极管到达S极，因为有一个压降，S极电压约4.3V，Ugs=-4.3V，所以MOS管导通。MOS管导通之后，D和S之间的导通压降很小，体二极管也就截止了，所以输出VOUT_5V=5V。
 
 电源接反，无输出电压：
 
 
 使用上述电路，需要注意如下几点：
 1. 这个电路适用于低压的场合，MOS管的导通内阻很小（小的一般是mΩ级别），所以输出电压几乎输入电压。
 2. MOS管选择合适的导通电压，如果输入电压很低，MOS管可能无法导通，而是直接走体二极管，导致输出电压更低。
 3. 5V输入电源可以加MLCC滤波，切记不能加有极性的器件，防止反接时损坏。
 
有人会问了，为什么上图中的D和S方向和我们平时用的不一样，下图是我们经常用的PMOS管开关电路：
 

 上述开关电路的原理是：
 电源正接时，Ugs<0，MOS管导通，D极电压就等于5V；
 当5V电源反接时，S=0，G=5V，Ugs>0，MOS管是关闭状态的，看到这里，似乎是合理，也能防止反接。
 但是S=0时，PMOS的体二极管会导通，会将VOUT_5V钳位在0.7V左右，那又有人说了，为什么MOS管的体二极管会导通，S和D都为0啊，那是因为在实际电路中，VOUT_5V后端可能有很多负载，如果有串电流，体二极管可能就会导通，这就是为什么S和D需要调换。
 
NMOS管防反接电路:
 Multisim仿真如下：如果正负接正确，输出基本为输入电压。（MOS管选型我直接随便拎了一个出来的。）
 
 如果电源接反，Nmos管Vg=0, Vs=0; Vgs>0不成立，mos管不导通，则不工作。
 
 当5V电源正接时，MOS管的G=5V，D=0V，MOS管的体二极管会导通，将S电压钳在0.7V左右，需要注意，图中的R2看做是一个负载，并不单单是一个电阻，Ugs>0，所以MOS管导通，MOS管导通之后，因为导通压降很低，体二极管截止了，S电压等于0V，负载正常工作。
 当5V电源反接时，G=0，S=0，Ugs=0，MOS管是截止状态，并且体二极管也不通，电路中是没有电流回路的，保护了后端负载。
 

经常会有用户将设备的电源正负接反的事情。
 
虽然现今这个社会已经默认了没按规定去操作就要全责，但谁都不想因为这事儿伤了和气，以后还要合作不是，更何况增加反接保护只要几毛钱的Bom成本，有的地方该加还是要加啊。天灾难避免，人祸需先防。
 
电源输入的反接保护电路，一般有以下两种电路形式：
 
 
一、自恢复保险丝 + 二极管。
 
优点：防反接的同时，还防过流。
 
缺点：1.自恢复保险丝有个0.xV左右的压降，大电流时会发热。
 
           2.高耐压大电流的自恢复保险丝，不仅体积巨大，还贵。
 
原理：- 电源极性正确接入时，二极管关断，相当于电路回路中串联了一个自恢复保险丝。
 
           - 电源反接时，二极管导通，使自恢复保险丝过流熔断，电流回路开路。
 
                                   待自恢复保险丝恢复时，重复熔断。
 
                                   所以反接的时候，自恢复保险丝会反复熔断、恢复，自恢复保险丝和二极管会些许发热。
 
设计要点：D1的工作电流，起码要大于 F1的熔断电流（自恢复保险丝的熔断电流一般为工作电流的2倍，具体看手册）。
 
 
完整电路像这样：
 
 
 
二、MOS管（N/P）
 
优点：占地面积小，成本低，压降小，可过大电流。
 
原理：PMOS、NMOS做反接保护的原理都一样，以PMOS的电路为例。
 
           PMOS：- 电源极性正常接入时。Q2的寄生二极管导通，右侧S极的电压为 （24 - 0.7）=23.3V。
 
                                                               G极电压为 R9、R10的分压 24 x （200/（100+200））= 16V。
 
                                                               于是 Q2的 Vgs = 16 - 23.3 = -7.3V。
 
                                                               大于 AO3401的门极导通阀限电压 -1.3V，MOS管 DS极导通。
 
                                                               MOS导通后，MOS的寄生二极管被 DS短路。
 
                                                               此时的压降 Vds仅等于 MOS-DS极内阻 x 电流，Q2热功耗很小。
 
                         - 电源反接时，Q2的寄生二极管关断，DS极需要承受电压。
 
设计要点：R9、R10的取值，要保证不会超出 最大Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。
 
                  MOS管的选型，要考虑 Vds、Vgs、DS极导通电阻（Rds-on）、DS极电流。
 
                  MOS尽量使用 Rds-on小的型号。
 
 
P-MOS 反接保护电路：
 
图中 R9、R10为分压作用。使 P-MOS的 Vgs，不会超过 ±12V的最大 Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。
 
 
AO3401 关键手册参数截图：
 
 
 
 
 
N-MOS 反接保护电路：
 
图中 R9、R10为分压作用。使 N-MOS的 Vgs，不会超过 ±12V的最大 Vgs电压范围，并且留有一定安全余量。
 
 
AO3400 关键手册参数截图：
 
 
 
 
 
 

 
 
以下内容来自公众号：芯片之家，作者：晓宇。旨在分享电子知识，如有侵权，请联系删除。
 
 
防反接电路，在电子设计中非常重要，一个好的防反接电路，虽然只是增加了一点点元器件，却可以很好的保护我们的后级电路，如果像上图中妹子这样，万一爆炸💥过大不小心那啥，就凉凉了，下面介绍4种常用简单的电路：
 
1.二极管防反接电路
 

 
 原理我们一看就懂，利用二极管的单向导电性，实现防反接功能，这种方法简单，安全可靠，成本也最低，但是输出端会有0.7V左右的压降，还有就是如果线路上的电流过大，比如有2A的电流，那么就会一直有1.4W的损耗，发热也非常大，而且，如果反向电压稍微偏大，并非完全截止，会有一个比较小的漏电流通过，使用时需要留足余量。
 
2.PMOS管防反接电路
 

 上图是PMOS接法的电路，这里简单的说明原理，刚上电时，MOS管的寄生二极管导通，S级电压为VCC-0.6，G级为0，PMOS导通；当电源反接时，G级为高电平，不导通，保护后级。
 
实际应用中PMOS 栅极与源级之间再加一个电阻比较好，这种办法也有PMOS跟NMOS之分，都是利用MOS管的寄生二极管以及其导通性，不过NMOS的导通电阻比PMOS小，比PMOS会降低一丢丢功耗，不过还是很小很小了，如果算10毫欧的导通电阻，2A的电流才0.04W的功耗，是非常低了，电源反接后，MOS管就是断路，可以很好的保护后级电路，这种方法也是应用比较广泛的一种电路，推荐使用，实际使用中可以使用NMOS。
 
3.整流桥防反接电路
 

 上图是桥式整流电路，无论什么级性都能工作，但是导通之后会有两个二极管的压降，发热了也是第一种方式的两倍，有优点但缺点也很明显，除非是一些特殊的场合需要用到，否则不推荐使用。
 
 上图是保险丝+稳压二极管防反接电路（第四种方法来自CSDN博客，硬件工程师修炼之路），非常简单，既可以防止反接，又可以防止过压，这个电路设计非常巧妙，下面介绍下其原理：
 
当电源Vin接反时，稳压二极管D1正向导通，负载的负压为二极管的导通电压Vf，Vf一般比较低，不会烧坏后级负载电路。同时，Vin反接时，D1正向导通，电压主要落在F1上，因此开始时电流会迅速上升，直至超过F1的熔断电流，保险丝F1熔断，电源断开，不会因为电流过大而烧坏D1。
 
当电源Vin输入比较高时（比如大于稳压管的5.6V）。因为稳压管D1存在，所以负载端获得电源约为5.6V。那么F1上就会有比较大的电压（Vin-5.6V），电流会上升比较快，直至F1熔断，电路获得保护。如此便实现了防过压保护。
 
如此，便实现了防反接保护。需要注意几点：
 
1、保险丝的选型，熔断电流要大于后级负载正常的工作电流，电路正常使用时不能熔断；保险丝的选型，熔断电流要大于后级负载正常的工作电流，在电路正常使用时不能熔断。
 
2、稳压二极管的选型，稳压值要大于正常Vin的电源输入（正常电源输入时不能击穿稳压），但是要小于后级能允许的最大输入电压（稳压值不能烧坏后级电路）；
 
3、稳压二极管的最大允许电流+上电时负载电流>保险丝的击穿电流。因为如果不满足此条件，在电源过压输入时，在保险丝击穿之前，稳压管会因为通过的电流过大而烧坏；
 
4、反接电路时负压Vf也需要考虑，Vf一般小于1.5V。后级电路应能允许接入1.5V的负压而不会烧坏;
 
5、此电路尽量应用于功率比较小的电路中，小于500mW。