浅析常用防反接保护电路及功耗计算

防反接保护电路及功耗计算

 

采用电池是最方便干净的电源，为电子电路提供电压。还有许多其他方法，为电子设备供电，如适配器，太阳能电池等，但最常见的直流电源是电池。通常，所有设备都带有防反接保护电路，但是如果您有任何电池供电的设备没有防反接保护，那么在更换电池时始终必须小心，否则它可能会炸毁设备。

因此，在这种情况下，防反接保护电路将是电路的有用补充。有一些简单的方法可以保护电路免受反极性连接的影响，例如使用二极管或二极管桥，或者将P沟道MOSFET用作HIGH侧的开关。

使用二极管的极性反接保护

使用二极管是极性反接保护最简单、最便宜的方法，但它存在漏电问题。当输入电源电压很高时，小的压降可能没关系，特别是当电流较低时。但在低压操作系统的情况下，即使是少量的压降也是不可接受的。

 

众所周知，通用二极管上的压降为0.7V，因此我们可以通过使用肖特基二极管来限制此压降，因为它的压降约为0.3V至0.4V，并且还可以承受高电流负载。选择肖特基二极管时要注意，因为许多肖特基二极管都具有高反向电流泄漏，因此请确保选择具有低反向电流(小于100uA)的二极管。

雷卯电子有专门开发的超低Vf肖特基二极管和超低漏流的肖特基二极管，适合防反接使用。

在4安培时，电路中肖特基二极管的功率损耗为：

4x 0.4V= 1.6W

在普通二极管中：

4x 0.7 V=2.8W

所以肖特基在电路中的节能效果明显，如果电路电流较大，也可以选用DO-277封装的肖特基二极管，比如雷卯电子SS10U60。

整流桥堆防反接保护

我们也可以使用全桥整流器进行防反接保护，因为它与极性无关。但是桥式整流器由四个二极管组成，因此在单二极管的上述电路中，功率浪费量将是功率浪费的两倍。

 

使用P 沟道MOSFET 的防反接保护

使用P沟道MOSFET进行反接极性保护比其他方法更可靠，因为它具有低压降和高电流能力。该电路由一个P沟道MOSFET、齐纳二极管和一个下拉电阻组成。如果电源电压低于P沟道MOSFET的栅极至源电压(Vgs)，则只需要不带二极管或电阻的MOSFET。您只需要将MOSFET的栅极端子连接到接地即可。

现在，如果电源电压大于Vgs，则必须降低栅极端子和源极之间的电压。下面提到了制造电路硬件所需的组件。

P 沟道场效应管 型号根据电流电压选择

电阻器 (100k)

9.1V 齐纳二极管

电路图

 

采用P沟道MOSFET的极性反接保护电路的工作原理

现在，当您按照电路图连接电池时，具有正确的极性，它会导致晶体管打开并允许电流流过它。如果电池向后或以反极性连接，则晶体管关闭，我们的电路将受到保护。

该保护电路比其他保护电路更有效。让我们分析一下当电池以正确的方式连接时，P沟道MOSFET将导通，因为栅极和源极之间的电压为负。查找栅极和源极之间电压的公式为：

Vgs= (Vg- Vs)

当电池连接不正确时，栅极端子的电压将为正极，我们知道P沟道MOSFET仅在栅极端子的电压为负时(此MOSFET的最低-2.0V或更低)导通。因此，每当电池以相反方向连接时，电路都将受到MOSFET的保护。

现在，让我们来谈谈电路中的功率损耗，当晶体管导通时，漏极和源极之间的电阻几乎可以忽略不计，但为了更准确，您可以浏览P沟道MOSFET的数据表。对于LMAK30P06P 沟道MOSFET，静态漏源导通电阻(RDS(ON))为0.020Ω(典型值)。因此，我们可以计算电路中的功率损耗，如下所示：

功率损耗=I*I*R

假设流经晶体管的电流为1A。所以功率损耗将是

功率损耗=I2R= (1A)2*0.02Ω= 0.02W

因此，功率损耗比使用单二极管的电路小约27倍。这就是为什么使用P沟道MOSFET进行防反接保护比其他方法要好得多的原因。它比二极管贵一点，但它使保护电路更安全，更高效。

我们还在电路中使用了齐纳二极管和电阻器，以防止超过栅极到源电压。通过添加电阻和9.1V的齐纳二极管，我们可以将栅源电压箝位到最大负9.1V，因此晶体管保持安全。

 

当然MOS的防反接电路也可以采用Nmos来截断电路，截断的就是负极电路，我们一般的理念还是开关正极，就像家里电灯开关一样，是装在火线上，而不是零线上。

审核编辑：刘清