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電源輸入端防反接保護方案1 —— 一般方案

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一、二極管防反接

        1. 基本結構

        如下圖,電源正接時,二極管導通,輸出VOUT電源為輸入電壓12V減去二極管D的導通壓降。

        當電源反接時,由于二極管的單向導通特性,不會形成電源回路,因此反接時電路不通。

    2. 注意事項

        二極管防反接時需要注意的點是二極管的過流能力以及壓降,另外還有其反向耐壓能力。

        ① 二極管的實際通流要小于其額定電流,另外系統(tǒng)上電瞬間的瞬態(tài)電流也不能超過二極管的最大額定峰值電流。

        ② 關于二極管的壓降,根據(jù)后級系統(tǒng)供電要求選擇,如果輸入電壓本身比較低,可以選用肖特基二極管,盡可能減小壓降,保證VOUT電壓。

        有了壓降以及電流參數(shù),就可以計算二極管的功耗,此時需要考慮二極管的溫升,可以參考:IC與器件的熱設計

        ③ 當二極管反接時,其反向耐壓能力也是需要考慮,系統(tǒng)最大反向輸入電壓不能超過二極管的額定反向耐壓。    

3. 二極管防反接的優(yōu)略勢

        二極管來防反接的優(yōu)勢很明顯,就是其結構非常簡單,但是缺點也很明顯,那就是在低壓系統(tǒng)中其壓降過大,可能導致后極負載重啟,另外是在大電流場景下其功耗過大

二、PMOS管防反接

1. 基本結構

        PMOS管防反接電路的基本結構如下圖,當電源正接上電時,MOS的G極電壓為0V,S極電壓為VIN-0.7,當輸入電壓足夠高時,Vgs大于MOS的開啟門限電壓時,PMOS將會導通,導通后VOUT的電壓只是VIN減去PMOS的導通壓降,因此這種方式比二極管防反的壓降要低。

          而當電源反接時,如下圖,Vg電壓等于VIN,Vs電壓也等于VIN,達不到MOS的開啟條件,因此MOS不會開啟。

    2. 注意事項

          PMOS選型需要考慮的因素是導通阻抗以及開啟電壓,另外其體二極管的反向耐壓與MOS自身的VSD電壓也是在反接時必須考慮的因素。        ① 開啟電壓與導通阻抗,MOS的開啟電壓必須低于VIN-0.7V,且在耐壓范圍內越高越好,這樣才能保證MOS的低導通阻抗,但是如果VIN電壓過大,可能會大于MOS的最大開啟電壓,造成MOS管損壞,因此如果VIN過大,可以采用電阻分壓或者穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓。如下圖:

        ② 當輸入反接時,加在MOS的D、S極的反向電壓需低于MOS的額定Vds。

        ③ 瞬態(tài)電流,用到MOS的場景肯定要考慮到其功耗、發(fā)熱可以參考:IC與器件的熱設計以及瞬態(tài)電流,瞬態(tài)電流需要符合SOA曲線,如果超出了SOA曲線,那么還需要做緩啟動,如下圖用電容C來減緩MOS導通過程來減小瞬態(tài)電流:

    3. PMOS防反接的優(yōu)缺點 

       PMOS防反接的優(yōu)點是導通壓降以及損耗相對于二極管較低,可以用于電流更大的場景,但是由于G極電阻R以及穩(wěn)壓管的存在,其也會存在一定的損耗,在低功耗場景下需要考慮。        另外一個缺點是,當輸入電壓較低時,例如輸入只有2V以下,那么就需要低導通電壓的MOS,否則MOS無法導通或者導通后內阻過大。

三、更優(yōu)的防反接方案 

          除了上述兩種外,還有一種用理想二極管實現(xiàn)的防反接方案,其功耗很低,且可以驅動外置NMOS,價格比PMOS要低且能容納更大的電流,將會在下篇介紹。

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