如何设计防反接电路

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假如有一个充电器电路没有考虑到防呆设计,也没有设计保护电路,那么如果有人一不小心把充电头插反了,电路可能持股爆炸,不仅危险而且危害财产安全。

工程师如果不想看到板子冒烟起火的话,就要掌握懂得如何设计防反接电路。防反接电路最简单的方法就是在电路中串联一个二极管,这样即使电路接反也不会有电流流过二极管

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但这样的设计有一个很大的缺点,就是电路正常工作的时候,电流经过二极管会产生压降。

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以IN5400为例,电路工作电流为2A的情况下,在二极管上产生的压降为0.85V,也就是说二极管的功率为1.7W,这样的设计电路不仅效率低,发热也很厉害,二极管的工作寿命也会跟着下降。

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为了提高电路效率,我们可以选用见相压降更小的肖特基二极管STPS2L60。在同样工作电流为2A的情况下,二极管的正向压降只有0.55V,反向漏电流低于100uA。

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漏电流的这个参数一定要注意,有的肖特基二极管的漏电流可能达到几毫安,选择肖特基二极管可以让我们的功耗降低到1.1瓦,0.55V*2A=1.1W。虽然功耗降低了,但显然还没有达到我们预期。想要进一步提高电路的工作效率,就需要使用MOS管,这里我们选用FQP47P06,P沟道MOS FET。MOS管的导通电压VGS接近-4V时,MOS能够完全导通

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当电源正常供电的时候,电压通过PMOS的体二极管到达S级,体二极管的压降为1V,此时S极电压为11V,VGS等于-11V,MOS能够完全打开,电流从DS流过,体二极管被短接,MOS导通后DS间的内阻很小,产生压降基本可以忽略。

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当电源反接时,VGS的电压为0,MOS管不导通,电路被保护。当要计算MOS管的功耗时,我们需要关注一个参数-RDS,电路中MOS管的RDS为0.026欧姆,相应的消耗功率为0.107W,与使用二极管相比,效率提升了十倍。

在进行貌似管选型的时候,我们要关注几个参数

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第一个是VDS电压要高于电源电压,以免击穿MOS管,其次就是RDS电阻要尽可能小,以减少不必要的功率消耗。

还有就是VGS,我们所选的PMOS的VGS的电压范围是正负25V,但是很多MOS管的VGS电压只有15伏甚至更低,这个时候我们就需要重新对电路进行优化设计。

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在这个电路中,电源的电压是30伏,我们可以在栅极和源级之间连接一个稳压二极管,这样栅极和源级之间的电压就被嵌位在10V,同时要串联一个大的限流电阻在电路中,保证稳压二极管工作在正常电流,这样就能够保证MOS管稳定工作,不被击穿。

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