電源接反了燒電路怎麼辦？電源防反接技術討論

電子產品要正常工做，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，不存在接線的狀況，更不會存在電源接反的狀況。可是，在工業、自動化應用中，有不少產品是須要手動接線的，即便操做人員作事情再認真，也不免會出錯。若是把電源線接反了，可能會致使產品被燒掉。

 

圖1 - 手工接線

那若是在設計產品的時候，就考慮了電源防接反而設計了防接反電路是否是會方便不少呢？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。

1.使用二極管防止電源接反

二極管就有單向導電的特性，在二極管的兩端加上合適的正向電壓後，二極管導通；而若是加上反向電壓後，二極管截止。利用二極管的這個特性能夠實現電源的防接反電路，將二極管正向串聯在電路中便可。使用二極管搭建的電源防接反電路如圖2所示。

 

圖2- 二極管防反接電路

二極管防反接電路分析

將二極管正向串聯在電路中，若是電源接線正確的話，PN節正偏使二極管導通，負載得電工做，二極管產生(0.7-3)V的電壓降。若是二極管反接的話，PN節處於反偏狀態，電阻很是大，電路不通，從而保護了負載的安全。

電路仿真

電路仿真如圖3所示，左圖電源的接線是正確的，負載LED被點亮；右圖電源的接線反了，負載LED不工做。因而可知二極管能夠實現電源防反接功能，電源接反後，電路不通，負載不工做，而不會把負載燒壞。

 

圖3 - 電路仿真

二極管防反接電路的優缺點分析

該電路的優勢很明顯，電路簡單，實用性較強，關鍵成本很低。可是卻存在幾個缺點，以下：

缺點一，二極管具備正向電壓降，壓降範圍爲(0.7-3)V，對於低電壓而言可能不適用，分壓後可能致使負載電壓不夠。

缺點二，二極管的耐壓很高，可是過電流能力有限，例如4007二極管的最大正向連續電流約爲1A。

MOS管是一種壓控型的半導體器件，應用普遍，能夠分爲P-MOS和N-MOS，具備三個電極，分別爲柵極G、漏極D和源極S。可使用該器件來實現電源的防反接，使用P-MOS實現防反接的電路示意圖如圖4所示。

 

圖4 - PMOS防反接電路

P-MOS防反接電路分析

P-MOS的導通條件時柵極和源極之間的電壓VGS<0時導通，不然截止，利用P-MOS防電源反接時，P-MOS接在高側，即靠近電源正極一側。

當電源接線正確時，假設電源電壓爲U，柵極S爲低電平，因爲寄生二極管的緣由，使得源極S的電位爲U-0.7，因此VGS<0,P-MOS管導通，從而使負載得電，電路正常工做。

當電源反接時，柵極S爲高電平，VGS>0，因此P-MOS不導通，電路不工做。

P-MOS防反接電路仿真

仿真電路圖如圖5所示。左圖是電源接線正確的電路圖，發光二極管被點亮；右圖是電源接線錯誤的電路圖，發光二極管不工做。

 

圖5- PMOS仿真電路

P-MOS防反接注意事項/優缺點

P-MOS要接在電源的正極一側，而且要將寄生二極管正向串聯在電路中，其工做原理正是利用了二極管的單向導電特性，這個應用要和P-MOS的開關應用區分開。

其優勢就是導通壓降小，由於MOS管的導通內阻很是小，因此壓降很是小。

3.使用N-MOS防止電源接反

N-MOS防電源反接的電路和P-MOS的工做原理是同樣的，只不過N-MOS須要接在電源負極一側，即低端。N-MOS防反接的電路示意圖如圖6所示。

 

圖6- NMOS實現電源防反接電路

N-MOS防反接電路分析

N-MOS的導通條件時柵極和源極之間的電壓VGS>0時導通，不然截止，利用N-MOS防電源反接時，N-MOS接在低側，即靠近電源負極一側。

當電源接線正確時，假設電源電壓爲U，柵極S爲高電平U，因爲寄生二極管的緣由，使得源極S的電位爲0.7，因此VGS>0,N-MOS管導通，從而使負載得電，電路正常工做。

當電源反接時，柵極S爲低電平，VGS=0，因此N-MOS不導通，電路不工做。

N-MOS防反接電路仿真

N-MOS仿真電路圖如圖7所示。左圖是接線正確的電路圖，右圖是接線錯誤的電路圖。接線正確時負載工做，接線錯誤時電路不通。

 

圖7 - NMOS仿真電路

N-MOS防反接注意事項/優缺點

NMOS須要接在電源的低側，即靠近負極的一側，其防止反接的原理與P-MOS防反接原理一致，寄生二極管也是正向串聯在電路中，NMOS導通後將寄生二極管短路掉。

其優勢，由於MOS管的導通電阻很是小，只有幾個mΩ，因此壓降很是小。與P-MOS相比，同系列N-MOS的內阻更小。

4.使用整流橋實現電源接線的無極性

除了防反接以外，還可使用整流橋實現電源的無極性，即電源正接、反接均可以，電路均可以正常工做。

整流橋是由四個二極管所構成的電路，常常用在交流轉直流的整流電路中，在交流的每一個週期有兩個二極管同時導通而另外兩個二極管截止，依次輪換。

整流橋仿真電路

整流橋所實現的仿真電路如圖8所示。從圖8能夠看出，無論電源正接仍是反接，負載LED都能發光，因此整流橋實現了電源的無極性。

 

圖8 - 整流橋仿真電路

整流橋防反接電路分析

四個二極管組成了整流橋，在不一樣極性下，只有兩個二極管導通工做，另外兩個處於截止狀態，圖8也畫出了不一樣電源接法下，電流的方向，從圖中能夠看出，只有對橋臂的兩個二極管導通，而另外兩個二極管截止。這也是整流電路的原理。

整流橋防反接電路優缺點分析

該電路再也不對電源的極性有要求，實現了電源的任意接法，這時最大的優勢。但缺點是，由於二極管的正向壓降，不適用於低電壓的電路，並且過電流能力較差。

電源防反接技術總結

上邊介紹的幾種方案都跟二極管有關係，都是利用了二極管的單向導電特性，可是受限於二極管的正向電流和正向導通壓降，不適用於大電流應用和電壓較低的應用。

 本文轉自小平頭電子技術社區：https://www.xiaopingtou.cn/article-104210.html   嵌入式，物聯網，硬件PCB，電子技術盡在小平頭