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如何聰明地防止電源正負極接反?

更新時間:2023-02-07      點擊次數:367

硬件工程師的很多項目是在洞洞板上完成的,但有存在不小心將電源正負極接反的現象,導致很多電子元器件都燒毀,甚至整塊板子都廢掉,還得再焊接一塊,不知道有什么好的辦法可以解決?

首先粗心不可避免,雖說只是區分正負極兩根線,一紅一黑,可能接線一次,我們不會出錯;
接10次線也不會出錯,但是1000次?10000呢?
這時候就不好說了,由于我們的粗心,導致一些電子元器件和芯片燒壞,主要原因是電流過大使元器件被擊穿,所以必須采取防止接反的措施。
一般常用的有以下幾種方法:

1 、二極管串聯型防反接保護電路

在正電源輸入端串聯一個正向二極管,充分利用二極管正向導通、反向截止的特性。正常情況下,二級管導通,電路板工作。
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當電源接反時,二極管截止,電源無法形成回路,電路板不工作,可以有效的防止電源接反的問題。
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2 、整流橋型防反接保護電路

使用整流橋將電源輸入變為無極輸入,無論電源正接還是反接,電路板一樣正常工作。
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以上使用二極管進行防反處理,若采用硅二極管具有0.6~0.8V左右的壓降,鍺二極管也有0.2~0.4V左右的壓降,若覺得壓降太大,可使用MOS管做防反處理,MOS管的壓降非常小,可達幾毫歐姆,壓降幾乎可忽略不計。

3 、MOS管防反保護電路

MOS管因工藝提升,自身性質等因素,其導通內阻較小,很多都是毫歐級,甚至更小,這樣對電路的壓降,功耗造成的損失特別小,甚至可以忽略不計,所以選擇MOS管對電路進行保護是比較推薦的方式。
1) NMOS防護
如下圖:上電瞬間,MOS管的寄生二極管導通,系統形成回路,源極S的電位大約為0.6V,而柵極G的電位為Vbat,MOS管的開啟電壓極為:Ugs = Vbat - Vs,柵極表現為高電平,NMOS的ds導通,寄生二極管被短路,系統通過NMOS的ds接入形成回路。
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若電源接反,NMOS的導通電壓為0,NMOS截止,寄生二極管反接,電路是斷開的,從而形成保護。
2)PMOS防護
如下圖:上電瞬間,MOS管的寄生二極管導通,系統形成回路,源極S的電位大約為Vbat-0.6V,而柵極G的電位為0,MOS管的開啟電壓極為:Ugs = 0 -(Vbat-0.6),柵極表現為低電平,PMOS的ds導通,寄生二極管被短路,系統通過PMOS的ds接入形成回路。
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若電源接反,NMOS的導通電壓大于0,PMOS截止,寄生二極管反接,電路是斷開的,從而形成保護。
注:NMOS管將ds串到負極,PMOS管ds串到正極,寄生二極管方向朝向正確連接的電流方向。
MOS管的D極和S極的接入:通常使用N溝道的MOS管時,一般是電流由D極進入而從S極流出,PMOS則S進D出,應用在這個電路中時則正好相反,通過寄生二極管的導通來滿足MOS管導通的電壓條件。
MOS管只要在G和S極之間建立一個合適的電壓就會導通。導通之后D和S之間就像是一個開關閉合了,電流是從D到S或S到D都一樣的電阻。
實際應用中,G極一般串接一個電阻,為了防止MOS管被擊穿,也可以加上穩壓二極管。并聯在分壓電阻上的電容,有一個軟啟動的作用。在電流開始流過的瞬間,電容充電,G極的電壓逐步建立起來。

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對于PMOS,相比NOMS導通需要Vgs大于閾值電壓,由于其開啟電壓可以為0,DS之間的壓差不大,比NMOS更具有優勢。

4 、保險絲防護

很多常見的電子產品,拆開之后都可以看到電源部分加了保險絲。
在電源接反,電路中存在短路的時候由于大電流,進而將保險絲熔斷,起到保護電路的作用,但這種方式修理更換比較麻煩。(文章來自電磁兼容之家)
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