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反向保护电路

在电源输入端一般都需要做一个防反接电路,常见的电路有两种:一种串联肖特基二极管;另一种通过PMOS管或NMOS管

(一)使用肖特基二极管

反向保护电路

当正确插入电源,负载电流沿二极管正向流动,如果接反,二极管将被反向偏置并且阻止反向电流,从而保护负载免受负电压的影响;

如图所示,当12V输入快速反转至-20V时,输出电压保持不变,不会立即崩溃或跟随负输入;放置在输出端的大容量电容可防止输出立即下降,并可在输入电源恢复之前为负载供电一小段时间

反向保护电路

电路优缺点:

优点:

电路简单;始终阻断从负载流回电源的反向电流(这个与用MOS管是有区别的)

缺点:

在较高的负载电流下,正向传导会造成显著的效率损失;反向漏电流:高压肖特基二极管的反向漏电流随结温升高而急剧增加,导致反向导通期间的功耗更高;例如,额定电压为60V的肖特基二极管STPS20M60S在150°时的反向漏电流为100mA,因此,-60V时的功耗为6W;在使用大容量电容的系统上,启动期间的浪涌电流会很大,要求不得超过最大二极管电流;

(二)使用MOS管

2.1PMOS管

反向保护电路

为了降低二极管的正向压降,可以将肖特基二极管替换为PMOS管;在电源正常工作期间,PMOS管的体二极管将被正向偏置,并导通很短的时间,直到栅极电压被拉至源极以下时会将MOS导通;当电源极性反转时,栅极电压变为正电压,并将MOS管关断,从而保护后级电路免受负电压影响;

优点:功耗小

缺点:无法阻断反向电流流回输入端,保持电容将被放电(因为MOS管在电源电压接近Vth时才会关断,而不是在电源电压开始下降时立即关断;会使电容反向给电源充电,导致输出电压大幅下降)

2.2 NMOS管

反向保护电路

原理同PMOS管

电路中加入稳压二极管的原因是MOS管的GS之间的电压一般不能超过20V,若电源系统是24V或36V更高的,会使MOS管损坏

(三)两种电路对比

反向保护电路

当输入短路期间,肖特基二极管会快速反向偏置,并阻止反向电流回流到短路的输入端;输出的保持电容为负载提供备用电源,使得输出电压下降;消除输入短路后,负载通过肖特基二极管供电;

而PMOS管,当栅源电压超过Vth时,PMOS管将关断,由于缺乏反向电流阻断功能,输出电压会大幅下降;