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防反接保護(hù)電路

通常情況下直流電源輸入防反接保護(hù)電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)實(shí)現(xiàn)防反接保護(hù)。

如下圖1所示：

圖1 一只串聯(lián)二極管保護(hù)系統(tǒng)不受反向極性影響，二極管有0.7V的壓降。

這種接法簡(jiǎn)單可靠，但當(dāng)輸入大電流的情況下功耗影響是非常大的。以輸入電流額定值達(dá)到2A,如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管 MUR3020PT，額定管壓降為0.7V，那么功耗至少也要達(dá)到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，這樣效率低，發(fā)熱量大，要加散熱器。

另外還可以用二極管橋?qū)斎胱稣鳎@樣電路就永遠(yuǎn)有正確的極性。如下圖2所示：

圖2 是一個(gè)橋式整流器，不論什么極性都可以正常工作，但是有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，功耗是圖1的兩倍。

這些方案的缺點(diǎn)是，二極管上的壓降會(huì)消耗能量。輸入電流為2A時(shí)，圖1中的電路功耗為1.4W，圖2中電路的功耗為2.8W。

利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性，控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。

MOS管型防反接保護(hù)電路

圖3利用了MOS管的開(kāi)關(guān)特性，控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在 MOSFET Rds（on）已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí)，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。

極性反接保護(hù)將保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管與被保護(hù)電路串聯(lián)連接。保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管或NMOS場(chǎng)效應(yīng)管。

若為PMOS，其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的接地端和電源端，其漏極連接被保護(hù)電路中PMOS元件的襯底。

若是NMOS，其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的電源端和接地端，其漏極連接被保護(hù)電路中NMOS元件的襯底。

一旦被保護(hù)電路的電源極性反接，保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)形成斷路，防止電流燒毀電路中的場(chǎng)效應(yīng)管元件，保護(hù)整體電路。

具體N溝道MOS管防反接保護(hù)電路電路如圖3示。

圖3. NMOS管型防反接保護(hù)電路

N溝道MOS管通過(guò)S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間，電阻R1為MOS管提供電壓偏置，利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而防止電源反接給負(fù)載帶來(lái)?yè)p壞。正接時(shí)候，R1提供VGS電壓，MOS飽和導(dǎo)通。

反接的時(shí)候MOS不能導(dǎo)通，所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds（on）只有20mΩ實(shí)際損耗很小，2A的電流，功耗為（2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。

圖4. 使用N型功率MOS管的輸入防反接電路原理圖

關(guān)鍵器件：VMI N溝道MOS管 

圖5. 使用P型功率MOS管的輸入防反接電路原理圖

關(guān)鍵器件：VMI P溝道MOS管

VZ1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過(guò)高擊穿MOS管。NMOS管的導(dǎo)通電阻比PMOS的小，最好選NMOS。

NMOS管接在電源的負(fù)極，柵極高電平導(dǎo)通。

PMOS管接在電源的正極，柵極低電平導(dǎo)通。