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淺談反向電壓極性保護(hù)電路
2022-06-20

電壓反接保護(hù)（ReverseVoltage Protect， RVP）電路主要用在需要直流電壓供電電源的輸入端，用于防止輸入電壓極性反接而造成電路系統(tǒng)元器件的損壞，甚至事故！ 大多數(shù)電路系統(tǒng)都需要極性正確的直流電壓進(jìn)行供電才能夠正常地工作，如果電壓極性一旦反接，則很有可能損壞內(nèi)部電路元器件，因?yàn)楹芏嘣骷荒軌虺惺苓^(guò)大的反向電壓。 比如，鋁電解電容都是有極性的，而它可以承受的最大反向電壓很小，如下圖所示：（來(lái)自VISHAY 鋁電解電容038 RSU數(shù)據(jù)手冊(cè)） 鋁電解電容強(qiáng)行施加反向電壓，將出現(xiàn)電流大，發(fā)熱等現(xiàn)象，嚴(yán)重者可能發(fā)生爆炸（Boom） 大多數(shù)集成芯片的反向耐壓也不高，我們看看單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，如下圖所示：（來(lái)自STM32單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)） 因此，對(duì)于大多數(shù)電路系統(tǒng)而言，特別是內(nèi)部有較昂貴的元器件時(shí)，或價(jià)值較高的電路系統(tǒng)，添加一個(gè)電壓極性保護(hù)電路還是很有必要的，下面我們介紹一些常用的RVP電路。 最簡(jiǎn)單的RVP電路就是：使用一個(gè)二極管串聯(lián)在輸入直流電源線路上。其優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是二極管有一定的壓降，不適合輸入電壓比較低的應(yīng)用場(chǎng)合，而且電流很大時(shí)損耗也很大（發(fā)熱），另外，輸入電壓反接時(shí)，由于二極管是截止的，電路系統(tǒng)是不工作的，如下圖所示： 如果需要在極性反接的情況下，電路系統(tǒng)也能夠正常工作，可以使用全橋橋堆連接方法，如下圖所示： 它的缺點(diǎn)是損耗比單個(gè)二極管RVP電路更大（兩個(gè)二極管壓降損耗），但帶來(lái)的好處是無(wú)論輸入電壓是正向或反向，電路系統(tǒng)都能夠正常工作。 有些廠家為了簡(jiǎn)化保護(hù)電路并降低二極管的損耗，直接在電路系統(tǒng)的輸入直流供電電源兩端反向并聯(lián)一個(gè)二極管，如下圖所示： 這樣當(dāng)外接電源反接時(shí)，二極管就被擊穿了，從而保護(hù)電路模塊中更為貴重的元器件，而二極管的成本還不到一毛錢(qián)，維修的時(shí)候直接更換一個(gè)就可以，典型的“丟卒保車(chē)”做法； 當(dāng)然，你也可以在二極管前面再串一個(gè)熔斷型保險(xiǎn)絲，如下圖所示： 當(dāng)輸入電壓極性反向時(shí)，保險(xiǎn)絲將會(huì)熔斷，你只需要換一個(gè)保險(xiǎn)絲即可，甚至都不需要拿鉻鐵來(lái)進(jìn)行維修。 對(duì)保護(hù)電路要求更高的場(chǎng)合，我們還可以使用如下圖所示的增強(qiáng)型NMOS管保護(hù)電路： 當(dāng)輸入電壓極性正確時(shí)，NMOS的寄生二極管將先一步導(dǎo)通，這樣NMOS管的柵-源電壓VGS約為輸入電壓（小一個(gè)二極管壓降），如下圖所示： 此時(shí)二極管是有一定壓降的（有損耗），但VGS使NMOS管導(dǎo)通后將寄生二極管短路，此時(shí)電流將從NMOS管溝道流過(guò)，如下圖所示： 現(xiàn)在的NMOS管導(dǎo)通電阻可以做到毫歐姆級(jí)別，因此損耗將非常低， 而當(dāng)電源極性反接時(shí)，寄生二極管因反向偏置而截止，由于柵-源電壓VGS不滿足條件，NMOS管也是截止的，電路系統(tǒng)將不予工作，如下圖所示： 上述電路僅適合輸入電壓不高于NMOS管柵-源電壓（典型值不超過(guò)12V）的場(chǎng)合，否則將可能損壞MOS管，這時(shí)我們需要添加一些附屬電路，比如電阻分壓電路，如下圖所示： 當(dāng)然，如果你擔(dān)心輸入電壓波動(dòng)太大（從而分壓過(guò)大），而且荷包也足夠飽滿的話，也可以加個(gè)穩(wěn)壓二極管，如下圖所示： 用PMOS管也可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，如下圖所示： 它的分析原理與NMOS管完全一致，針對(duì)輸入電壓大于PMOS柵-源電壓的場(chǎng)合，其附屬電路與PMOS管也是一樣的，本文不再贅述。 當(dāng)然，NMOS管的導(dǎo)通電阻比PMOS管?。▍⒖嘉恼隆皥?chǎng)效應(yīng)管（4）PMOS與NMOS溝道導(dǎo)通電阻”），在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合可以考慮這一點(diǎn)。

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