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  • 反接电路

    千次阅读 2016-10-10 12:09:39
    其中Q1为主要器件,利用MOS管开关特性实现防反接,当VCCin为正时,经过R1,R2的分压,MOS管G极为正,DS极导通,实现电路正常工作。通常使用MOS管电流流向都是从D流入,S流出,但是有人说当DS导通时候,电流方向不做...

    1,N沟道增强型场效应管防接反电路

    防反接电路
    其中Q1为主要器件,利用MOS管开关特性实现防反接,当VCCin为正时,经过R1,R2的分压,MOS管G极为正,DS极导通,实现电路正常工作。通常使用MOS管电流流向都是从D流入,S流出,但是有人说当DS导通时候,电流方向不做约束。后期需要验证。
    对于电路中稳压二极管就是起一个保护场效应管防止击穿的作用,MOS管内阻大,电源拨动会完全加载到MOS管上,所以通过稳压管稳压防止MOS管被击穿。C1用于防止电压激变,通常104电容就行。
    优点:DS电阻小,功耗低。
    缺点:成本高,电路复杂。

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  • 电子产品要正常工作,就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子,其充电接口都是标准的插件,不存在接线的情况,更不会存在电源接反的情况。但是,在工业、自动化应用中,有很多产品是需要手动接线的,即使...
        

    电子产品要正常工作,就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子,其充电接口都是标准的接插件,不存在接线的情况,更不会存在电源接反的情况。但是,在工业、自动化应用中,有很多产品是需要手动接线的,即使操作人员做事情再认真,也难免会出错。如果把电源线接反了,可能会导致产品被烧掉。

     

    图1 - 手工接线

    那如果在设计产品的时候,就考虑了电源防接反而设计了防接反电路是不是会方便很多呢?今天就来讨论一下如何实现电源防接反,电源防接反的电路有哪些。

    1.使用二极管防止电源接反

    二极管就有单向导电的特性,在二极管的两端加上合适的正向电压后,二极管导通;而如果加上反向电压后,二极管截止。利用二极管的这个特性可以实现电源的防接反电路,将二极管正向串联在电路中即可。使用二极管搭建的电源防接反电路如图2所示。

     

    图2- 二极管防反接电路

    二极管防反接电路分析

    将二极管正向串联在电路中,如果电源接线正确的话,PN节正偏使二极管导通,负载得电工作,二极管产生(0.7-3)V的电压降。如果二极管反接的话,PN节处于反偏状态,电阻非常大,电路不通,从而保护了负载的安全。

    电路仿真

    电路仿真如图3所示,左图电源的接线是正确的,负载LED被点亮;右图电源的接线反了,负载LED不工作。由此可见二极管可以实现电源防反接功能,电源接反后,电路不通,负载不工作,而不会把负载烧坏。

     

    图3 - 电路仿真

    二极管防反接电路的优缺点分析

    该电路的优点很明显,电路简单,实用性较强,关键成本很低。但是却存在几个缺点,如下:

    缺点一,二极管具有正向电压降,压降范围为(0.7-3)V,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。

    缺点二,二极管的耐压很高,但是过电流能力有限,例如4007二极管的最大正向连续电流约为1A。

    MOS管是一种压控型的半导体器件,应用广泛,可以分为P-MOS和N-MOS,具有三个电极,分别为栅极G、漏极D和源极S。可以使用该器件来实现电源的防反接,使用P-MOS实现防反接的电路示意图如图4所示。

     

    图4 - PMOS防反接电路

    P-MOS防反接电路分析

    P-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS<0时导通,否则截止,利用P-MOS防电源反接时,P-MOS接在高侧,即靠近电源正极一侧。

    当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极S为低电平,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为U-0.7,所以VGS<0,P-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。

    当电源反接时,栅极S为高电平,VGS>0,所以P-MOS不导通,电路不工作。

    P-MOS防反接电路仿真

    仿真电路图如图5所示。左图是电源接线正确的电路图,发光二极管被点亮;右图是电源接线错误的电路图,发光二极管不工作。

     

    图5- PMOS仿真电路

    P-MOS防反接注意事项/优缺点

    P-MOS要接在电源的正极一侧,并且要将寄生二极管正向串联在电路中,其工作原理正是利用了二极管的单向导电特性,这个应用要和P-MOS的开关应用区分开。

    其优点就是导通压降小,因为MOS管的导通内阻非常小,所以压降非常小。

    3.使用N-MOS防止电源接反

    N-MOS防电源反接的电路和P-MOS的工作原理是一样的,只不过N-MOS需要接在电源负极一侧,即低端。N-MOS防反接的电路示意图如图6所示。

     

    图6- NMOS实现电源防反接电路

    N-MOS防反接电路分析

    N-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS>0时导通,否则截止,利用N-MOS防电源反接时,N-MOS接在低侧,即靠近电源负极一侧。

    当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极S为高电平U,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为0.7,所以VGS>0,N-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。

    当电源反接时,栅极S为低电平,VGS=0,所以N-MOS不导通,电路不工作。

    N-MOS防反接电路仿真

    N-MOS仿真电路图如图7所示。左图是接线正确的电路图,右图是接线错误的电路图。接线正确时负载工作,接线错误时电路不通。

     

    图7 - NMOS仿真电路

    N-MOS防反接注意事项/优缺点

    NMOS需要接在电源的低侧,即靠近负极的一侧,其防止反接的原理与P-MOS防反接原理一致,寄生二极管也是正向串联在电路中,NMOS导通后将寄生二极管短路掉。

    其优点,因为MOS管的导通电阻非常小,只有几个mΩ,所以压降非常小。与P-MOS相比,同系列N-MOS的内阻更小。

    4.使用整流桥实现电源接线的无极性

    除了防反接之外,还可以使用整流桥实现电源的无极性,即电源正接、反接都可以,电路都可以正常工作。

    整流桥是由四个二极管所构成的电路,经常用在交流转直流的整流电路中,在交流的每个周期有两个二极管同时导通而另外两个二极管截止,依次轮换。

    整流桥仿真电路

    整流桥所实现的仿真电路如图8所示。从图8可以看出,不管电源正接还是反接,负载LED都能发光,所以整流桥实现了电源的无极性。

     

    图8 - 整流桥仿真电路

    整流桥防反接电路分析

    四个二极管组成了整流桥,在不同极性下,只有两个二极管导通工作,另外两个处于截止状态,图8也画出了不同电源接法下,电流的方向,从图中可以看出,只有对桥臂的两个二极管导通,而另外两个二极管截止。这也是整流电路的原理。

    整流桥防反接电路优缺点分析

    该电路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。但缺点是,因为二极管的正向压降,不适用于低电压的电路,而且过电流能力较差。

    电源防反接技术总结

    上边介绍的几种方案都跟二极管有关系,都是利用了二极管的单向导电特性,但是受限于二极管的正向电流和正向导通压降,不适用于大电流应用和电压较低的应用。

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  • 常用电路反接小结

    千次阅读 2019-05-16 16:05:48
    常用电路反接小结串联二极管整流桥串联保险丝、并联二极管NMOS管防反接PMOS管防反接NMOS管和PMOS管拓展参考 串联二极管 在电路中串联一个二极管,电路简单、成本低,不过在导通的时候会有≤0.7V的管压降,对于大...

    串联二极管

    在这里插入图片描述在电路中串联一个二极管,电路简单、成本低,不过在导通的时候会有≤0.7V的管压降,对于大电流的电路会造成较大的损耗。

    整流桥

    在这里插入图片描述
    接入整流桥与串联二极管类似,不过一旦接入了整流桥电路就不存在正反接了,正反接入电路都可以正常工作,但是成本相对较高。

    串联保险丝、并联二极管

    在这里插入图片描述
    在电路中串联保险丝并联一个二极管。这种防反接电路在输入处串联了一个保险丝、并联了一个二极管。当电源正接时,只要负载电流不超过保险丝允许范围时,保险丝不会熔断,二极管反向截止,输入电压没什么损耗,不影响负载电路的正常工作。当电源接反时,二极管导通,此时电流大,保险丝熔断,从而实现电路保护功能。
    但是麻烦的是,我们每接反一次电路,就要更换一次保险丝,很是不方便,想省功夫的可以接自恢复保险丝。

    NMOS管防反接

    在这里插入图片描述
    上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为0.6V,而栅极G的电位为Vbat,MOS管的开启电压极为:Vgs = Vbat - Vs,栅极表现为高电平,NMOS的ds导通,寄生二极管被短路,系统通过NMOS的ds接入形成回路。
    若电源接反,NMOS的导通电压为0,NMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。

    PMOS管防反接

    在这里插入图片描述
    上电瞬间,MOS管的寄生二极管导通,系统形成回路,源极S的电位大约为Vbat-0.6V,而栅极G的电位为0,MOS管的开启电压极为:Vgs = 0 -(Vbat-0.6),栅极表现为低电平,PMOS的ds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0,PMOS截止,寄生二极管反接,电路是断开的,从而形成保护。
    注:
    NMOS管将ds串到负极,PMOS管ds串到正极,寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向;
    如果是三极管,NPN的电流方向只能是C到E,PNP的电流方向只能是E到C。不过,MOS管的D和S是可以互换的。这也是三极管和MOS管的区别之一。
    在一些USB与电池供电切换设计时也会运用到PMOS管

    NMOS管和PMOS管拓展

    MOS管的D极和S极的接入:通常使用N沟道的MOS管时,一般是电流由D极进入而从S极流出,PMOS则S进D出,应用在这个电路中时则正好相反,通过寄生二极管的导通来满足MOS管导通的电压条件。MOS管只要在G和S极之间建立一个合适的电压就会完全导通。导通之后D和S之间就像是一个开关闭合了,电流是从D到S或S到D都一样的电阻。

    实际应用中,G极一般串接一个电阻,为了防止MOS管被击穿,也可以加上稳压二极管。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极的电压逐步建立起来。

    在这里插入图片描述

    参考

    1. 电源防反接小结
    2. MOS防止电源反接
    展开全文
  • 电子产品要正常工作,就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子,其充电接口都是标准的插件,不存在接线的情况,更不会存在电源接反的情况。但是,在工业、自动化应用中,有很多产品是需要手动接线的,即使...
    4398271346fe49007776d212a0de21e9.png电子产品要正常工作,就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子,其充电接口都是标准的接插件,不存在接线的情况,更不会存在电源接反的情况。但是,在工业、自动化应用中,有很多产品是需要手动接线的,即使操作人员做事情再认真,也难免会出错。如果把电源线接反了,可能会导致产品被烧掉。

    7fa419152a50ba9329deb1af72aceea8.png

    图1 - 手工接线那如果在设计产品的时候,就考虑了电源防接反而设计了防接反电路是不是会方便很多呢?今天就来讨论一下如何实现电源防接反,电源防接反的电路有哪些。

    1.使用二极管防止电源接反

    二极管就有单向导电的特性,在二极管的两端加上合适的正向电压后,二极管导通;而如果加上反向电压后,二极管截止。利用二极管的这个特性可以实现电源的防接反电路,将二极管正向串联在电路中即可。使用二极管搭建的电源防接反电路如图2所示。

    505d3fa053e6aed57fc11e60c0587e76.png

    图2- 二极管防反接电路二极管防反接电路分析将二极管正向串联在电路中,如果电源接线正确的话,PN节正偏使二极管导通,负载得电工作,二极管产生(0.7-3)V的电压降。如果二极管反接的话,PN节处于反偏状态,电阻非常大,电路不通,从而保护了负载的安全。电路仿真电路仿真如图3所示,左图电源的接线是正确的,负载LED被点亮;右图电源的接线反了,负载LED不工作。由此可见二极管可以实现电源防反接功能,电源接反后,电路不通,负载不工作,而不会把负载烧坏。

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    图3 - 电路仿真二极管防反接电路的优缺点分析该电路的优点很明显,电路简单,实用性较强,关键成本很低。但是却存在几个缺点,如下:缺点一,二极管具有正向电压降,压降范围为(0.7-3)V,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。缺点二,二极管的耐压很高,但是过电流能力有限,例如4007二极管的最大正向连续电流约为1A。

    2.使用P-MOS防止电源接反

    MOS管是一种压控型的半导体器件,应用广泛,可以分为P-MOS和N-MOS,具有三个电极,分别为栅极G、漏极D和源极S。可以使用该器件来实现电源的防反接,使用P-MOS实现防反接的电路示意图如图4所示。

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    图4 - PMOS防反接电路P-MOS防反接电路分析P-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS<0时导通,否则截止,利用P-MOS防电源反接时,P-MOS接在高侧,即靠近电源正极一侧。当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极G为低电平,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为U-0.7,所以VGS<0,P-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。当电源反接时,栅极G为高电平,VGS>0,所以P-MOS不导通,电路不工作。P-MOS防反接电路仿真仿真电路图如图5所示。左图是电源接线正确的电路图,发光二极管被点亮;右图是电源接线错误的电路图,发光二极管不工作。

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    图5- PMOS仿真电路P-MOS防反接注意事项/优缺点P-MOS要接在电源的正极一侧,并且要将寄生二极管正向串联在电路中,其工作原理正是利用了二极管的单向导电特性,这个应用要和P-MOS的开关应用区分开。其优点就是导通压降小,因为MOS管的导通内阻非常小,所以压降非常小。3.使用N-MOS防止电源接反N-MOS防电源反接的电路和P-MOS的工作原理是一样的,只不过N-MOS需要接在电源负极一侧,即低端。N-MOS防反接的电路示意图如图6所示。

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    图6- NMOS实现电源防反接电路N-MOS防反接电路分析N-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS>0时导通,否则截止,利用N-MOS防电源反接时,N-MOS接在低侧,即靠近电源负极一侧。当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极G为高电平U,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为0.7,所以VGS>0,N-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。当电源反接时,栅极G为低电平,VGS=0,所以N-MOS不导通,电路不工作。N-MOS防反接电路仿真N-MOS仿真电路图如图7所示。左图是接线正确的电路图,右图是接线错误的电路图。接线正确时负载工作,接线错误时电路不通。

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    图7 - NMOS仿真电路N-MOS防反接注意事项/优缺点NMOS需要接在电源的低侧,即靠近负极的一侧,其防止反接的原理与P-MOS防反接原理一致,寄生二极管也是正向串联在电路中,NMOS导通后将寄生二极管短路掉。其优点,因为MOS管的导通电阻非常小,只有几个mΩ,所以压降非常小。与P-MOS相比,同系列N-MOS的内阻更小。4.使用整流桥实现电源接线的无极性除了防反接之外,还可以使用整流桥实现电源的无极性,即电源正接、反接都可以,电路都可以正常工作。整流桥是由四个二极管所构成的电路,经常用在交流转直流的整流电路中,在交流的每个周期有两个二极管同时导通而另外两个二极管截止,依次轮换。整流桥仿真电路整流桥所实现的仿真电路如图8所示。从图8可以看出,不管电源正接还是反接,负载LED都能发光,所以整流桥实现了电源的无极性。

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    图8 - 整流桥仿真电路整流桥防反接电路分析四个二极管组成了整流桥,在不同极性下,只有两个二极管导通工作,另外两个处于截止状态,图8也画出了不同电源接法下,电流的方向,从图中可以看出,只有对桥臂的两个二极管导通,而另外两个二极管截止。这也是整流电路的原理。整流桥防反接电路优缺点分析该电路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。但缺点是,因为二极管的正向压降,不适用于低电压的电路,而且过电流能力较差。

    5.电源防反接技术总结

    上边介绍的几种方案都跟二极管有关系,都是利用了二极管的单向导电特性,但是受限于二极管的正向电流和正向导通压降,不适用于大电流应用和电压较低的应用。
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反接正常工作电路