防反接保護(hù)電路的原理主要基于電路中某些元件的單向?qū)щ娦曰蜷_關(guān)特性,以確保在電源極性接反時(shí)能夠切斷或限制電流,從而保護(hù)電路中的元件不受損壞。以下是幾種常見的防反接保護(hù)電路及其原理:
1. 二極管防反接電路
原理 :利用二極管的單向?qū)щ娦裕粗辉试S電流從正極流向負(fù)極,阻止電流反向流動(dòng)。在電源正極與負(fù)載之間串聯(lián)一個(gè)二極管,二極管的正極連接電源負(fù)極,負(fù)極連接負(fù)載正極。當(dāng)電源正確連接時(shí),電流可以順利流過二極管進(jìn)入負(fù)載;而當(dāng)電源反接時(shí),電流無(wú)法流過二極管,從而保護(hù)了負(fù)載。
優(yōu)缺點(diǎn) :
- 優(yōu)點(diǎn):電路簡(jiǎn)單,成本低,易于實(shí)現(xiàn)。
- 缺點(diǎn):二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下會(huì)有一定的正向壓降(通常為0.7V左右),這可能會(huì)導(dǎo)致功耗和效率損失,因此不適用于對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。
下面是幾個(gè)常用的防反接電路分析:
1.串二極管
上圖電路就一個(gè)字,簡(jiǎn)單。但是它也有優(yōu)缺點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn):這個(gè)電路非常的簡(jiǎn)單,成本非常低。它一般適嚴(yán)控成本要以及要求較小的電流電路。
缺點(diǎn):也是非常明顯的,我們知道由于二極管的的特性,PN結(jié)在導(dǎo)通時(shí)它是存在壓降的,一般在0.7V左右,因而上圖這種電路它不適合應(yīng)用在大電流的電路當(dāng)中。假如電路中現(xiàn)在有10A的電流流過,那么光這個(gè)二極管的功耗將會(huì)高達(dá)0.7*10=7W,發(fā)熱量非常大,基本上管子必掛。
2.對(duì)于上圖寫的二極管壓降這個(gè)問題,我們可以采用下圖的電路來進(jìn)行克服:
上圖這個(gè)防接反電路,是對(duì)前面的防反接電路做了一次優(yōu)化,這個(gè)防反接電路中用了兩個(gè)器件,分別為保險(xiǎn)絲和反向并聯(lián)的二極管。當(dāng)電源正確插入、電路正常工作的時(shí)候,因?yàn)樨?fù)載正常工作時(shí),需要的電流較小,而且二極管也是處于反向阻斷的狀態(tài),因此保險(xiǎn)絲是不會(huì)熔斷的。
但是我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)電源接反的時(shí)候,此時(shí)二極管導(dǎo)通,整個(gè)電路內(nèi)阻極低,相當(dāng)于短路,因此的流過的電流非常大,會(huì)將保險(xiǎn)絲瞬間熔斷,進(jìn)而切斷電源供給,來起到保護(hù)負(fù)載的一個(gè)作用。
上圖這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn):我們知道保險(xiǎn)絲的壓降比較小,也不會(huì)存在發(fā)熱的問題;成本也不高,因此說是前面電路的完善。
缺點(diǎn):也是非常明顯的,也就是一旦我們將電源接反的時(shí)候,保險(xiǎn)絲會(huì)瞬間熔斷,就需要更換新的保險(xiǎn)絲,會(huì)有一定的麻煩。
3.下面再介紹一個(gè)可以真正走大電流的例子
上圖便是一個(gè)用NMOS管組成的防接反電路,不但防反,還能跑大電流。下面具體分析下這個(gè)電路:
上圖這個(gè)電路,它的牛逼之處就在于NMOS管的漏極和源極的連接方向。我們知道,通常在使用NMOS管時(shí),電流它是從漏極極流入,從源極極流出的。但是在這個(gè)電路當(dāng)中,它正好的相反的。
以前在一個(gè)網(wǎng)站上看到過這個(gè)防反接電路,上傳這個(gè)電路的UP被好多沒看懂的網(wǎng)友給批評(píng)。網(wǎng)友們都認(rèn)為漏極和源極間是存在一個(gè)二極管的,因而這個(gè)電路也就不能實(shí)現(xiàn)防反接功能。我看了之后,發(fā)現(xiàn)原因了。主要是因?yàn)閡p主沒有標(biāo)明NMOS管的管腳名稱,再加上大家對(duì)MOS管應(yīng)用的慣性,都認(rèn)為電流該從漏極進(jìn),導(dǎo)致UP主被誤解。實(shí)際上,我們根據(jù)MOS管的特性知道,只要在G和S極間的電壓,也就是Vgs大于導(dǎo)通閾值,MOS管就會(huì)完全的導(dǎo)通。導(dǎo)通以后后,D和S之間的阻抗就會(huì)減小毫歐級(jí)別,近似閉合的開關(guān),這個(gè)時(shí)候電流不管是從D流向S還是從S流向D,MOS管的內(nèi)阻都是相同的。
當(dāng)電源插頭正確插入時(shí),電流會(huì)先經(jīng)過MOS管的穩(wěn)壓管導(dǎo)通,這時(shí)源極S的電壓接近于0V。然后,兩個(gè)電阻進(jìn)行分壓,分到的電壓會(huì)為柵極G提供一個(gè)電壓,使NMOS管導(dǎo)通。因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通后,內(nèi)阻非常小,功率很大,因此會(huì)替代內(nèi)部的二極管,來跑大電流。
當(dāng)電源插頭反接時(shí),因?yàn)镸OS管的反向耐壓是非常高的,因此它是不會(huì)導(dǎo)通的。而且分壓電阻上也沒有電流流過,也不會(huì)分壓,因此無(wú)法提供柵極電壓,NMOS管不導(dǎo)通,進(jìn)而起到保護(hù)電路的作用。
2. 熔斷器與二極管組合防反接電路
原理 :在二極管防反接電路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)熔斷器。當(dāng)電源反接時(shí),如果二極管因某種原因(如故障)未能有效阻止電流,熔斷器將起到保護(hù)作用,通過熔斷來切斷電流,防止電路進(jìn)一步損壞。
優(yōu)缺點(diǎn) :
- 優(yōu)點(diǎn):提供了雙重保護(hù),增加了電路的安全性。
- 缺點(diǎn):增加了成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。
3. 全橋整流器防反接電路
原理 :全橋整流器由四個(gè)二極管組成,具有雙向的電流阻斷能力。無(wú)論電源如何連接,全橋整流器的輸出始終為正向電壓,從而保護(hù)了后續(xù)電路不受電源反接的影響。
優(yōu)缺點(diǎn) :
- 優(yōu)點(diǎn):能夠處理交流輸入,同時(shí)防止電源反接。
- 缺點(diǎn):引入了多個(gè)二極管壓降,增加了整體的功耗,并可能產(chǎn)生額外的熱量。
4. MOSFET防反接電路
原理 :利用MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的開關(guān)特性來實(shí)現(xiàn)防反接保護(hù)。當(dāng)電源正確連接時(shí),MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài),允許電流通過;而當(dāng)電源反接時(shí),MOSFET切換至截止?fàn)顟B(tài),阻止電流流通。
優(yōu)缺點(diǎn) :
- 優(yōu)點(diǎn):MOSFET的導(dǎo)通電阻小,對(duì)電路的影響小;同時(shí),MOSFET的開關(guān)速度快,能夠迅速響應(yīng)電源反接的情況。
- 缺點(diǎn):需要選擇合適的MOSFET以確保其能夠在應(yīng)用電路的工作電壓下正常開關(guān);同時(shí),MOSFET的成本相對(duì)較高。
綜上所述,防反接保護(hù)電路的原理多種多樣,具體選擇哪種電路取決于應(yīng)用場(chǎng)合的具體需求和限制條件。在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)電路的功耗、成本、安全性等因素綜合考慮來選擇最合適的防反接保護(hù)電路。
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6種常用防反接電路介紹
基于MOS管的電源防反接電路設(shè)計(jì)

防反接保護(hù)電路圖 防反接保護(hù)電路設(shè)計(jì)

防反接電路與MOS管防反接深入解析

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