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设计防接反电路是不是会方便很多呢?

玩转单片机 2021-01-20 17:19 次阅读

电子产品要正常工作,就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子,其充电接口都是标准的接插件,不存在接线的情况,更不会存在电源接反的情况。但是,在工业、自动化应用中,有很多产品是需要手动接线的,即使操作人员做事情再认真,也难免会出错。如果把电源线接反了,可能会导致产品被烧掉。

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图1-手工接线那如果在设计产品的时候,就考虑了电源防接反而设计了防接反电路是不是会方便很多呢?今天就来讨论一下如何实现电源防接反,电源防接反的电路有哪些。

1.使用二极管防止电源接反

二极管就有单向导电的特性,在二极管的两端加上合适的正向电压后,二极管导通;而如果加上反向电压后,二极管截止。利用二极管的这个特性可以实现电源的防接反电路,将二极管正向串联在电路中即可。使用二极管搭建的电源防接反电路如图2所示。

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图2-二极管防反接电路二极管防反接电路分析将二极管正向串联在电路中,如果电源接线正确的话,PN节正偏使二极管导通,负载得电工作,二极管产生(0.7-3)V的电压降。如果二极管反接的话,PN节处于反偏状态,电阻非常大,电路不通,从而保护了负载的安全。电路仿真电路仿真如图3所示,左图电源的接线是正确的,负载LED被点亮;右图电源的接线反了,负载LED不工作。由此可见二极管可以实现电源防反接功能,电源接反后,电路不通,负载不工作,而不会把负载烧坏。

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图3-电路仿真二极管防反接电路的优缺点分析该电路的优点很明显,电路简单,实用性较强,关键成本很低。但是却存在几个缺点,如下:缺点一,二极管具有正向电压降,压降范围为(0.7-3)V,对于低电压而言可能不适用,分压后可能导致负载电压不够。缺点二,二极管的耐压很高,但是过电流能力有限,例如4007二极管的最大正向连续电流约为1A。

2.使用P-MOS防止电源接反

MOS管是一种压控型的半导体器件,应用广泛,可以分为P-MOS和N-MOS,具有三个电极,分别为栅极G、漏极D和源极S。可以使用该器件来实现电源的防反接,使用P-MOS实现防反接的电路示意图如图4所示。

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图4-PMOS防反接电路P-MOS防反接电路分析P-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS<0时导通,否则截止,利用P-MOS防电源反接时,P-MOS接在高侧,即靠近电源正极一侧。   当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极G为低电平,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为U-0.7,所以VGS<0,P-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。   当电源反接时,栅极G为高电平,VGS>0,所以P-MOS不导通,电路不工作。P-MOS防反接电路仿真仿真电路图如图5所示。左图是电源接线正确的电路图,发光二极管被点亮;右图是电源接线错误的电路图,发光二极管不工作。

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图5-PMOS仿真电路P-MOS防反接注意事项/优缺点P-MOS要接在电源的正极一侧,并且要将寄生二极管正向串联在电路中,其工作原理正是利用了二极管的单向导电特性,这个应用要和P-MOS的开关应用区分开。其优点就是导通压降小,因为MOS管的导通内阻非常小,所以压降非常小。3.使用N-MOS防止电源接反N-MOS防电源反接的电路和P-MOS的工作原理是一样的,只不过N-MOS需要接在电源负极一侧,即低端。N-MOS防反接的电路示意图如图6所示。

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图6-NMOS实现电源防反接电路N-MOS防反接电路分析N-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS>0时导通,否则截止,利用N-MOS防电源反接时,N-MOS接在低侧,即靠近电源负极一侧。当电源接线正确时,假设电源电压为U,栅极G为高电平U,由于寄生二极管的原因,使得源极S的电位为0.7,所以VGS>0,N-MOS管导通,从而使负载得电,电路正常工作。当电源反接时,栅极G为低电平,VGS=0,所以N-MOS不导通,电路不工作。N-MOS防反接电路仿真N-MOS仿真电路图如图7所示。左图是接线正确的电路图,右图是接线错误的电路图。接线正确时负载工作,接线错误时电路不通。

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图7-NMOS仿真电路N-MOS防反接注意事项/优缺点NMOS需要接在电源的低侧,即靠近负极的一侧,其防止反接的原理与P-MOS防反接原理一致,寄生二极管也是正向串联在电路中,NMOS导通后将寄生二极管短路掉。其优点,因为MOS管的导通电阻非常小,只有几个mΩ,所以压降非常小。与P-MOS相比,同系列N-MOS的内阻更小。4.使用整流桥实现电源接线的无极性除了防反接之外,还可以使用整流桥实现电源的无极性,即电源正接、反接都可以,电路都可以正常工作。整流桥是由四个二极管所构成的电路,经常用在交流转直流的整流电路中,在交流的每个周期有两个二极管同时导通而另外两个二极管截止,依次轮换。整流桥仿真电路整流桥所实现的仿真电路如图8所示。从图8可以看出,不管电源正接还是反接,负载LED都能发光,所以整流桥实现了电源的无极性。

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图8-整流桥仿真电路整流桥防反接电路分析四个二极管组成了整流桥,在不同极性下,只有两个二极管导通工作,另外两个处于截止状态,图8也画出了不同电源接法下,电流的方向,从图中可以看出,只有对桥臂的两个二极管导通,而另外两个二极管截止。这也是整流电路的原理。整流桥防反接电路优缺点分析该电路不再对电源的极性有要求,实现了电源的任意接法,这时最大的优点。但缺点是,因为二极管的正向压降,不适用于低电压的电路,而且过电流能力较差。

5.电源防反接技术总结

上边介绍的几种方案都跟二极管有关系,都是利用了二极管的单向导电特性,但是受限于二极管的正向电流和正向导通压降,不适用于大电流应用和电压较低的应用。

责任编辑:lq

原文标题:电源防反接电路的几种实现方案

文章出处:【微信号:mcu168,微信公众号:玩转单片机】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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发表于 10-29 12:44 32次 阅读
MAXM15068AMB+ MaximIntegrated MAXM15068稳压器IC和电源模块

MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

Integrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器具有IC控制的脉宽调制 (PWM) 调光和混合调光功能,非常适合用于汽车仪表板和信息娱乐显示屏。集成电流驱动,每路可支持高达150mA LED灌电流。该器件采用2.5V至36.0V的宽输入电压范围,并能承受汽车负载突降事件。 内部电流模式直流-直流开关控制器可配置为升压或SEPIC拓扑,工作频率范围为400kHz至2.2MHz。集成的扩频有助于降低EMI。该器件采用自适应输出电压调节机制,可最大限度地降低LED电流驱动通路的功耗。 包含用于外部nMOSFET系列开关的控制,以降低背光关闭时的静态电流,并在发生故障时断开升压转换器。 MAX25014符合AEC-Q100标准,采用24引脚TQFN封装,设计用于在-40°C至+125°C温度范围内工作。 特性 宽电压范围运行 启动后工作电源电压低至2.5V 承受高达40V的负载突降 高度集成 完整的4通道解决方案,包括升压控制器 I2C控制,可最大限度地减少元件数量 ...
发表于 10-28 14:55 24次 阅读
MAX25014ATG/V+ MaximIntegrated MAX25014汽车级4通道背光驱动器

LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45µA(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: ±1%(25°C时的典型值) ±3%(包括线路...
发表于 10-28 09:50 43次 阅读
LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

oelectronics M95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40°C至85°C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线 存储器阵列: 4mbeeprom 512字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40°C至85°C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...
发表于 10-28 09:37 36次 阅读
M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

MAX16141AAAF/VY+ Maxim Integrated MAX16141理想二极管控制器

Integrated MAX16141理想二极管控制器具有各种系统故障保护特性,例如反向电流保护、过流保护、输入过压/欠压保护以及过热保护。MAX16141二极管控制器具有3.5V至36V的工作电压范围和5μA(典型值)关断电流。这些MAX16141控制器采用集成电荷泵,可驱动源极连接上方9V背对背外部nFET的栅极。这样可最大限度降低源极和负载之间的功率损耗。MAX16141控制器采用低功耗关断,可减少电池耗电量。这些MAX16141二极管控制器通过开路双向电流阻断和开路双向电压将故障电源与负载隔离。 MAX16141控制器具有可为负载提供有限功率的低功耗模式,以及有助于在关断模式下降低功耗的内部开关 这些MAX16141二极管控制器还具有故障输出,可在故障条件下发出信号。典型应用包括汽车电源系统、网络/电信电源系统、RAID系统、服务器和以太网供电 (PoE) 系统。 特性 宽电源电压范围: 工作电压范围:3.5V至36V 保护电压范围:-36V至60V 消除了分立二极管功耗 低功耗关断模式可降低电池耗电量: ...
发表于 10-21 11:10 34次 阅读
MAX16141AAAF/VY+ Maxim Integrated MAX16141理想二极管控制器

MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:±8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3μA 压降:110m...
发表于 10-21 10:50 51次 阅读
MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

Integrated MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本 (MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:±1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8μA(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...
发表于 10-21 10:20 103次 阅读
MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC™降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40°C至+125°C范围内的反馈电压调节精度为±1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...
发表于 10-21 09:59 56次 阅读
MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

ULN2801A ULN2801A八个达林顿阵列

达林顿晶体管具有共同发射极 输出电流500 mA的电流 输出电压至50V 积分抑制二极管 对于所有流行的逻辑系列版本 输出可以并联 输入钉扎相对输出到简化电路板布局 在ULN2801A,ULN2802A,ULN2803A和ULN2804A各自包含具有共同的发射器和用于电感性负载积分抑制二极管8个达林顿晶体管。每个达林顿设有一个峰值负载电流额定值600毫安(500 mA连续)的,并能承受至少50 V在关断状态。输出可以并联,以更高的电流能力。...
发表于 05-21 05:05 171次 阅读
ULN2801A ULN2801A八个达林顿阵列

LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 354次 阅读
LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

NCV8872 汽车级非同步升压控制器

2是一款可调输出非同步升压控制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器件采用峰值电流模式控制和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器提供电荷。保护功能包括内部设置软启动,欠压锁定,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。其他功能包括低静态电流睡眠模式和外部同步开关频率。 特性 优势 工厂可编程 灵活性 4.8 V至45 V操作 使用反极性保护二极管通过起动和负载转储进行操作 -40 C至150 C操作 汽车级 双功能启用/同步引脚 紧凑SOIC8包中的额外功能 应用 终端产品 仪表盘 引擎集群 启动/停止应用程序 导航 LED背光 汽车应用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 130次 阅读
NCV8872 汽车级非同步升压控制器

NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 191次 阅读
NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 212次 阅读
NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 258次 阅读
LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款通用型四相同步降压控制器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为计算机或图形控制器提供精确的稳压电源。它可以从处理器接收节电命令(PSI),并以单相二极管仿真模式工作,以获得轻载时的高效率。双边沿多相PWM调制确保快速瞬态响应,并尽可能减少电容。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 361次 阅读
NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 325次 阅读
NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 98次 阅读
NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 18:02 191次 阅读
NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 149次 阅读
NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口