只要是電池供電的系統(tǒng)，就一直存在這個問題： 您錯誤裝入電池，將正負極裝反，產(chǎn)生反向極性事件。系統(tǒng)暫時出現(xiàn)故障或永久損壞。

設(shè)計為適合其裝配的系統(tǒng)的定制電池有助于最大程度減少不正確插入和反向極性的機會，但像AAA型、AA型、C型以及D型單體電池等經(jīng)過檢驗而可靠的現(xiàn)成電池，乃至CR123、CR2和鈕扣鋰電池也很容易出故障。

過去，設(shè)計人員使用機械結(jié)構(gòu)來避免與電池端子的電氣接觸（如果未正確插入電池）。但機械解決方案遠不完美。它們通常需要進行特殊加工，因為彈簧觸點需要控制良好的機械組件容差，以確保正確插入電池時接觸良好，但未正確插入不接觸。這些狹小容差可導(dǎo)致長期穩(wěn)定性問題，因為必需使用的彈簧和觸點可能彎曲或出現(xiàn)故障。即使是正常使用，周而復(fù)始的正常插入，也可能導(dǎo)致接觸疲勞，并且隨著時間的推移，限制了可靠性。

但盡管有這些限制，機械解決方案一直存在，因為它們是設(shè)計人員可用于防止不正確電池安裝的唯一實際方案。設(shè)計為防止由反相電池導(dǎo)致的反向極性事件的電氣解決方案一直存有爭議。

因為正常操作過程中的壓降，通常不選擇使用串聯(lián)二極管。使用二極管接地設(shè)置也不是一個很好的主意，因為反向極性事件可能導(dǎo)致電池危險放電持續(xù)很長時間并使二極管過熱。

分立式MOSFET需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且可能未經(jīng)過優(yōu)化或特定用于以防止反向極性。在反向極性事件過程中評估性能的關(guān)鍵規(guī)格可能丟失，并且這可能使設(shè)計人員不得不從數(shù)據(jù)表上的性能特性得出估計值并猜測安全工作時間期，令人擔(dān)憂。而且，根據(jù)MOSFET的應(yīng)用方式，它們可能需要一個控制器或其他成本高昂的功能。

多功能IC有時配備有可防止反向極性的電路，這通常明顯增加了電路的復(fù)雜性，因為它們能夠在正偏壓環(huán)境中工作，然后在反向極性模式中工作或不被損壞。因此，多功能IC帶來了巨大的性能和/或成本代價。由于性價比權(quán)衡，典型實施具有相對有限的反向偏壓功能（-2 V或-6 V）。
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專用反極性保護器件是防止錯誤插入電池的有效方法

然而最近，專用反向極性保護器件的出現(xiàn)為設(shè)計人員提供了更可行的電氣可選方案。專用器件（如由飛兆提供的器件）代表的是可防止反向極性且性價比和性能最高的方法之一，是電池供電系統(tǒng)的極佳選擇。

圖1. 顯示的是使用專用器件防止反向極性的電路

此簡單設(shè)置提供持續(xù)可靠的保護。設(shè)計需要極小的PCB空間，最大程度地減少了電壓損耗，并在反向偏壓條件下快速有效地進行響應(yīng)。

整體成本也不錯。串聯(lián)肖特基二極管通常比專用反向極性保護器件更便宜，但一旦工作電流開始增大，基于肖特基方法的總成本也就開始上揚。出于性價比權(quán)衡，專用反向極性保護器件很可能成為最具吸引力的電子方法。

人們會繼續(xù)在電池上犯些錯誤，但設(shè)計人員防止小意外的方式也很有可能會改變?？紤]全面后，專用反向極性保護器件隨著時間的推移可能會完全取代復(fù)雜的機械解決方案。

反極性形成原因及對此可采取的措施

沒有人希望他們的系統(tǒng)出現(xiàn)故障，甚至更嚴重的起火燃燒。但如果允許反向極性進行破壞，就可能會發(fā)生上述情況。

反向極性是穩(wěn)態(tài)反向偏壓或負瞬態(tài)的結(jié)果。這是一種危險的電氣狀況，一旦系統(tǒng)出廠即很難防止。

反向極性風(fēng)險是各種常見應(yīng)用中的實際威脅，包括移動電子、電池供電系統(tǒng)、連接至汽車電源的器件、直流供電的玩具、具有桶插孔連接器的產(chǎn)品，或任何經(jīng)受負電壓熱插拔或電感瞬變的DC器件。支持USB連接和/或USB充電的系統(tǒng)尤其易受影響。

下面是反向極性的一些最常見原因：

●使用第三方生產(chǎn)的售后市場充電器或電源

第三方充電器的市場日益增長，但并非所有充電器都設(shè)計都具有反向極性防護。在某些情況下，充電器具有反向電氣觸點或者極性可由用戶設(shè)置，這就為出錯留下了空間。

●使用USB的“熱插拔”功能

總線處于帶電狀態(tài)時能方便地連接或斷連移動設(shè)備意味著“熱插拔”操作正在增加，熱插拔瞬變的幅度也是如此。這些電感瞬變可將總線擺動至反向極性條件。盡管這些擺動的時間往往很短，但幅度很大。超過±20 V的電壓軌擺幅已在“熱插拔”操作中測量到。此瞬變對斷開連接的器件和電壓軌上的其他器件都可能會產(chǎn)生影響。當(dāng)充電電流增大時，此問題只會更嚴重。

●使用未正確插入的電池

電池供電的系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障，這是因為電池未正確插入，其正負極插反。對于AAA型、AA型、C型以及D型單體電池、或CR123、CR2或鈕扣鋰電池等使用傳統(tǒng)外形尺寸的器件來說尤其如此。如果正確插入電池，機械解決方案可防止與電池端子的電氣接觸，但這些解決方案需要自定義模制并可經(jīng)受一段時間后的接觸疲勞。

●發(fā)展中國家中墻壁插頭的使用

世界上還有一些地方的電力基礎(chǔ)設(shè)施具有較少的保護要求，因此，電源可在線路上向下傳輸大電壓瞬變。室內(nèi)布線使情況變得更糟。過去，傳統(tǒng)白熾燈能有助于吸收和抑制電源線上的瞬態(tài)能量，但像LED和CFL等新類型產(chǎn)品沒有相同的抑制特性。通過移動至LED和CFL的節(jié)能工作可能產(chǎn)生從未遇到過的問題。

●將器件插入汽車（或飛機、火車等）的電源

在許多情況下，交通供電中的電源適配器包括反向極性保護，但也有例外，特別是在低成本替代產(chǎn)品中。不知情的用戶只是將器件插入汽車的打火機插孔中就可能導(dǎo)致反向極性事件，因為他沒有意識到打火機插孔可導(dǎo)致器件故障。

由于有太多方式可觸發(fā)反向極性事件，設(shè)計人員務(wù)必盡其所能在系統(tǒng)出廠前防止反向極性以免造成損壞。
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小于100mA系統(tǒng)中反極性的最佳保護方法

低電流系統(tǒng) — 即工作電流低于100 mA或200 mA的系統(tǒng) — 涵蓋各種應(yīng)用，從安全系統(tǒng)和火警報警器到適用于樓宇自動化、公共地址和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。

其中包括許多不同的工作環(huán)境，設(shè)計人員無法始終預(yù)測其系統(tǒng)將以何種方式在何處使用。根據(jù)具體情況，系統(tǒng)可能暴露于穩(wěn)態(tài)反向偏壓或負瞬變等不良電氣條件下，這可能導(dǎo)致反向極性事件并損壞系統(tǒng)。

結(jié)果可能如同電氣故障那么簡單，但如果情況很嚴重，則可能導(dǎo)致火災(zāi)。因此，設(shè)計人員增加電路來防止反向極性帶來的負面效應(yīng)并不罕見。

有多種方法可實現(xiàn)這一點，但對于低電流應(yīng)用，其效率通常較少成為問題。只要系統(tǒng)可耐受功耗并且工作電壓壓降與各方法相關(guān)聯(lián)，即可使用串聯(lián)PN或肖特基二極管這兩種簡單方法來達到目的。

串聯(lián)PN二極管

如果設(shè)計可接受較大的串聯(lián)壓降(±1 V)，或可能有高電壓反向瞬變(> 200 V)，那么使用串聯(lián)PN二極管是個不錯的選擇。圖2提供了設(shè)計示例。這是可提供快速阻斷、可重置功能和高擊穿電壓的簡單低成本解決方案。

圖2：串聯(lián)二極管方法

此二極管的功耗最少，因此較少需要散熱片，且成本較低。只要器件在正常操作或可能的故障條件期間不過熱，系統(tǒng)就會正常工作。

即便如此，該解決方案并非適用于每個設(shè)計。成本優(yōu)勢很快會隨著工作電流的上升而消失。而且，在較高電流下，功耗越大，最終所需的二極管也就越大越昂貴，需要采用導(dǎo)熱性更好的封裝和散熱結(jié)構(gòu)。

此外，在低電壓系統(tǒng)中(≤5V)，二極管壓降可能需要額外下游升壓電路，這就使本來預(yù)計為低成本的方法實際上變得很昂貴。

因此，在使用PN二極管方法之前務(wù)必記住這幾條。

串聯(lián)肖特基二極管

類似但應(yīng)用更廣泛的方法是使用串聯(lián)肖特基二極管代替串聯(lián)PN二極管。該壓降更低一點(±0.6 V)而且設(shè)計消耗的功率更少。

圖3顯示的是肖特基二極管的設(shè)置。此配置提供出色的阻斷、簡單的設(shè)計導(dǎo)入和低成本。其還可重置并且可能支持相對較高的擊穿電壓(> 200 V)。

圖3：串聯(lián)肖特基二極管方法

壓降較低可減少與傳統(tǒng)PN二極管有關(guān)的熱管理需求，而這可能實現(xiàn)更小且成本更低的封裝。

盡管如此，仍需要小心，因為壓降對于許多應(yīng)用來說可能仍過高。而且，盡管肖特基二極管的工作范圍比串聯(lián)PN二極管的廣，此方法的最佳應(yīng)用仍是使用低于200 mA的電流且具有更高電壓(>5 V)的應(yīng)用。

結(jié)論

無論采用哪一種方法，都要考慮壓降和功耗這兩個主要方面。假設(shè)這兩個參數(shù)都在可接受范圍內(nèi)，那么兩種方法都能以低成本有效地保護低電流系統(tǒng)，使其免受反向極性事件可能導(dǎo)致的損壞。如果壓降或功耗成問題，則可考慮飛兆的FR器件等有源解決方案。

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