防止電源正負極接反的方法

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防止電源正負極接反的方法

胡薇 發表於 2018-05-30 10:33:29

1、介紹

電源的輸入部分，為了防止誤操作，將電源的正負極接反，對電路造成損壞，一般會對其進行防護，如採用保險絲，二極體，MOS管等方式，這裡就稍微做一下梳理總結。

2、方式:

2.1 二極體防反接

採用二極體進行保護，電路簡單，成本低，佔用空間小。但是二極體的PN結在導通時，存在一個 <= 0.7V的壓降，對電路造成不必要的損耗，比如對電池供電的系統，電流較大的電路都會造成比較明顯的影響（電路中，功耗，發熱都是不可忽略的問題）。

2.2 保險絲防護

很多常見的電子產品，拆開之後都可以看到電源部分加了保險絲，在電源接反，電路中存在短路的時候由於大電流，進而將保險絲熔斷，起到保護電路的作用，但這種方式修理更換比較麻煩。

2.3 MOS管防護

MOS管因工藝提升，自身性質等因素，其導通內阻技校，很多都是毫歐級，甚至更小，這樣對電路的壓降，功耗造成的損失特別小，甚至可以忽略不計，所以選擇MOS管對電路進行保護是比較推薦的方式。

2.3.1 NMOS防護

如下圖：上電瞬間，MOS管的寄生二極體導通，系統形成迴路，源極S的電位大約為0.6V，而柵極G的電位為Vbat，MOS管的開啟電壓極為：Ugs = Vbat - Vs，柵極表現為高電平，NMOS的ds導通，寄生二極體被短路，系統通過NMOS的ds接入形成迴路。

若電源接反，NMOS的導通電壓為0，NMOS截止，寄生二極體反接，電路是斷開的，從而形成保護。

2.3.2 PMOS防護

如下圖：上電瞬間，MOS管的寄生二極體導通，系統形成迴路，源極S的電位大約為Vbat-0.6V，而柵極G的電位為0，MOS管的開啟電壓極為：Ugs = 0 -（Vbat-0.6），柵極表現為低電平，PMOS的ds導通，寄生二極體被短路，系統通過PMOS的ds接入形成迴路。

若電源接反，NMOS的導通電壓大於0，PMOS截止，寄生二極體反接，電路是斷開的，從而形成保護。

註：NMOS管將ds串到負極，PMOS管ds串到正極，寄生二極體方向朝向正確連接的電流方向；

MOS管的D極和S極的接入：通常使用N溝道的MOS管時，一般是電流由D極進入而從S極流出，PMOS則S進D出，應用在這個電路中時則正好相反，通過寄生二極體的導通來滿足MOS管導通的電壓條件。MOS管只要在G和S極之間建立一個合適的電壓就會完全導通。導通之後D和S之間就像是一個開關閉合了，電流是從D到S或S到D都一樣的電阻。

實際應用中，G極一般串接一個電阻，為了防止MOS管被擊穿，也可以加上穩壓二極體。並聯在分壓電阻上的電容，有一個軟啟動的作用。在電流開始流過的瞬間，電容充電，G極的電壓逐步建立起來。

對於PMOS，相比NOMS導通需要Vgs大於閾值電壓，由於其開啟電壓可以為0，DS之間的壓差不大，比NMOS更具有優勢。

USB與電池切換設計：

當USB供電時，PMOS截止，通過二極體輸入系統；當電池供電時，PMOS導通，下拉電阻的作用是將柵極電位穩定的拉低，確保PMOS正常開啟，防止柵極高阻抗帶來的隱患。

通過MCU的IO控制輸入—>輸出：

R3確保柵極電流不至於太大，R2上拉，截止PMOS，IO輸出控制時，穩定為低，開啟PMOS。

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