【導(dǎo)讀】采用電池是最方便干凈的電源,為電子電路提供電壓。還有許多其他方法,為電子設(shè)備供電,如適配器,太陽能電池等,但最常見的直流電源是電池。通常,所有設(shè)備都帶有防反接保護(hù)電路,但是如果您有任何電池供電的設(shè)備沒有防反接保護(hù),那么在更換電池時(shí)始終必須小心,否則它可能會(huì)炸毀設(shè)備。
防反接保護(hù)電路及功耗計(jì)算
采用電池是最方便干凈的電源,為電子電路提供電壓。還有許多其他方法,為電子設(shè)備供電,如適配器,太陽能電池等,但最常見的直流電源是電池。通常,所有設(shè)備都帶有防反接保護(hù)電路,但是如果您有任何電池供電的設(shè)備沒有防反接保護(hù),那么在更換電池時(shí)始終必須小心,否則它可能會(huì)炸毀設(shè)備。
因此,在這種情況下,防反接保護(hù)電路將是電路的有用補(bǔ)充。有一些簡單的方法可以保護(hù)電路免受反極性連接的影響,例如使用二極管或二極管橋,或者將P溝道MOSFET用作HIGH側(cè)的開關(guān)。
使用二極管的極性反接保護(hù)
使用二極管是極性反接保護(hù)最簡單、最便宜的方法,但它存在漏電問題。當(dāng)輸入電源電壓很高時(shí),小的壓降可能沒關(guān)系,特別是當(dāng)電流較低時(shí)。但在低壓操作系統(tǒng)的情況下,即使是少量的壓降也是不可接受的。
眾所周知,通用二極管上的壓降為0.7V,因此我們可以通過使用肖特基二極管來限制此壓降,因?yàn)樗膲航导s為0.3V至0.4V,并且還可以承受高電流負(fù)載。選擇肖特基二極管時(shí)要注意,因?yàn)樵S多肖特基二極管都具有高反向電流泄漏,因此請(qǐng)確保選擇具有低反向電流(小于100uA)的二極管。
雷卯電子有專門開發(fā)的超低Vf肖特基二極管和超低漏流的肖特基二極管,適合防反接使用。
在4安培時(shí),電路中肖特基二極管的功率損耗為:
4x 0.4V= 1.6W
在普通二極管中:
4x 0.7 V=2.8W
所以肖特基在電路中的節(jié)能效果明顯,如果電路電流較大,也可以選用DO-277封裝的肖特基二極管,比如雷卯電子SS10U60。
整流橋堆防反接保護(hù)
我們也可以使用全橋整流器進(jìn)行防反接保護(hù),因?yàn)樗c極性無關(guān)。但是橋式整流器由四個(gè)二極管組成,因此在單二極管的上述電路中,功率浪費(fèi)量將是功率浪費(fèi)的兩倍。
使用P 溝道MOSFET 的防反接保護(hù)
使用P溝道MOSFET進(jìn)行反接極性保護(hù)比其他方法更可靠,因?yàn)樗哂械蛪航岛透唠娏髂芰?。該電路由一個(gè)P溝道MOSFET、齊納二極管和一個(gè)下拉電阻組成。如果電源電壓低于P溝道MOSFET的柵極至源電壓(Vgs),則只需要不帶二極管或電阻的MOSFET。您只需要將MOSFET的柵極端子連接到接地即可。
現(xiàn)在,如果電源電壓大于Vgs,則必須降低柵極端子和源極之間的電壓。下面提到了制造電路硬件所需的組件。
P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管 型號(hào)根據(jù)電流電壓選擇
電阻器 (100k)
9.1V 齊納二極管
電路圖
采用P溝道MOSFET的極性反接保護(hù)電路的工作原理
現(xiàn)在,當(dāng)您按照電路圖連接電池時(shí),具有正確的極性,它會(huì)導(dǎo)致晶體管打開并允許電流流過它。如果電池向后或以反極性連接,則晶體管關(guān)閉,我們的電路將受到保護(hù)。
該保護(hù)電路比其他保護(hù)電路更有效。讓我們分析一下當(dāng)電池以正確的方式連接時(shí),P溝道MOSFET將導(dǎo)通,因?yàn)闁艠O和源極之間的電壓為負(fù)。查找柵極和源極之間電壓的公式為:
Vgs= (Vg- Vs)
當(dāng)電池連接不正確時(shí),柵極端子的電壓將為正極,我們知道P溝道MOSFET僅在柵極端子的電壓為負(fù)時(shí)(此MOSFET的最低-2.0V或更低)導(dǎo)通。因此,每當(dāng)電池以相反方向連接時(shí),電路都將受到MOSFET的保護(hù)。
現(xiàn)在,讓我們來談?wù)勲娐分械墓β蕮p耗,當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí),漏極和源極之間的電阻幾乎可以忽略不計(jì),但為了更準(zhǔn)確,您可以瀏覽P溝道MOSFET的數(shù)據(jù)表。對(duì)于LMAK30P06P 溝道MOSFET,靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻(RDS(ON))為0.020Ω(典型值)。因此,我們可以計(jì)算電路中的功率損耗,如下所示:
功率損耗=I*I*R
假設(shè)流經(jīng)晶體管的電流為1A。所以功率損耗將是
功率損耗=I2R= (1A)2*0.02Ω= 0.02W
因此,功率損耗比使用單二極管的電路小約27倍。這就是為什么使用P溝道MOSFET進(jìn)行防反接保護(hù)比其他方法要好得多的原因。它比二極管貴一點(diǎn),但它使保護(hù)電路更安全,更高效。
我們還在電路中使用了齊納二極管和電阻器,以防止超過柵極到源電壓。通過添加電阻和9.1V的齊納二極管,我們可以將柵源電壓箝位到最大負(fù)9.1V,因此晶體管保持安全。
當(dāng)然MOS的防反接電路也可以采用Nmos來截?cái)嚯娐?,截?cái)嗟木褪秦?fù)極電路,我們一般的理念還是開關(guān)正極,就像家里電燈開關(guān)一樣,是裝在火線上,而不是零線上。
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