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电源防反接电路设计原理

2021-04-09

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  在远程联网项目中,容易出现电源接反的误操作,然而电源的反极性通常会导致后端电容器爆炸或芯片燃烧,从而导致不可逆转的后果。因此,在串口服务器、DTU、工业路由器等联网设备的电源设计中考虑防反接功能,避免上述问题的发生。通过终端接口连接电源时,通常会进行万无一失的处理,以确保在连接不正确时不会正常插入电源。这是物理级别的防逆向设计。本文介绍了几种硬件防逆向设计。

  1、使用二极管


  实现此目的的最简单方法是,当电源正极连接时,电源通过二极管正向电压向负载提供电压。当电源反向时,由于二极管的单向传导和反向截止,将不为后端负载供电,这起到了保护作用。该电路具有缺点。首先,正向电压降很大。普通二极管的压降约为0.7V,肖特基二极管的导通压降为0.3V,价格相对昂贵。其次,当负载电流大时,二极管端的功耗相对较大。

  该解决方案针对电源电压高且损耗要求不高的场景。

  2、使用MOSFET

  MOSFET具有极低的导通电阻和极低的损耗,使其成为以最低损耗提供反向保护的理想选择。

  上图提供了不同MOS晶体管的电路位置,NMOS在接地回路中,PMOS在电源路径中。

  在每个电路中,MOS管的体二极管面向正常电流的方向。当电源反向时,NMOS(PMOS)栅极电压为低(高),从而阻止其导通。正确安装电源并正常通电后,NMOS(PMOS)的栅极电压将变为高电平(低电平),并且其通道会使二极管短路。

  NMOS将破坏接地回路,如果对接地回路敏感,则应将PMOS用于反向连接。在实际电路中,需要通过串联电阻来保护MOS栅极。

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