幾種直流供電防反接保護(hù)電路的分析

王勤

摘要

本文給出了常見的幾種直流防反接電路設(shè)計(jì)方案，并對(duì)每種電路進(jìn)行原理分析和對(duì)比，對(duì)每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)作出了說明，最后對(duì)每種方案的適用場(chǎng)合給出了建議。

【關(guān)鍵詞】防反接 二極管 MOS管 繼電器

直流供電設(shè)備的輸入反接保護(hù)有很多方式可以實(shí)現(xiàn)，比如選擇具備防插錯(cuò)功能的接插件可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面避免反接，但在很多場(chǎng)合中還是在電路設(shè)計(jì)中加入防反接電路的更具有可行性。防反接電路必須具備電路簡(jiǎn)單可靠性高，成本低廉，本文對(duì)目前常用的幾種防反接電路進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)每種電路適用的場(chǎng)合作出了說明。

1 串聯(lián)二極管防反接

在電路中串聯(lián)二極管是最為簡(jiǎn)單可行的方法之一，此方法利用二極管的單相導(dǎo)通性實(shí)現(xiàn)電路的防反接，當(dāng)輸入接反時(shí)，電路不導(dǎo)通。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)輸入電壓范圍和額定電流選擇合適的二極管，需要注意在電流較大的情況下二極管的功率和散熱。例如，當(dāng)電路額定電流為5A時(shí)，二極管的功耗為P=0.7*5=3.5瓦，就算選用壓降為O.3 V的肖特基二極管功耗也有1.5瓦。

2 并聯(lián)二極管防反接

此防反接電路采用了一個(gè)保險(xiǎn)絲和一個(gè)反向并聯(lián)的二極管，電源極性正確，電路正常工作時(shí)，由于負(fù)載的存在電流較小，二極管處于反向阻斷狀態(tài)，保險(xiǎn)絲不會(huì)被熔斷，如圖1所示。

當(dāng)電源接反時(shí)，二極管導(dǎo)通，此時(shí)的電流比較大，就會(huì)將保險(xiǎn)絲熔斷，從而切斷電源的供給，起到保護(hù)負(fù)載的作用。在選擇二極管時(shí)需要注意選擇合適的反向耐壓值。其優(yōu)點(diǎn)是保險(xiǎn)絲的壓降很小，不存在發(fā)熱問題，成本不高。但是一旦接反需要更換保險(xiǎn)絲，操作比較麻煩。

3 整流橋防反接

在直流供電輸入端加整流橋，輸入的正負(fù)端接整流橋的兩個(gè)AC端，整流橋的輸出端再接入電路的輸入端。在這種情況下，不論直流輸入的正負(fù)如何接，經(jīng)過整流橋后輸出的電壓極性都是正確的，電路都可以正常工作。但是電路中就會(huì)有兩個(gè)二極管同時(shí)在工作，功耗為方案1的2倍，所以在選擇整流橋時(shí)要注意電壓和電流參數(shù)。

4 MOS管防反接

MOs管防反接保護(hù)電路利用MOs管的開關(guān)特性來設(shè)計(jì)防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在MOS管的內(nèi)阻已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí)，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。極性反接將MOS管與被保護(hù)電路串聯(lián)連接。保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管或NMOS場(chǎng)效應(yīng)管。若為PMOS（如圖3），其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的接地端和電源端，其漏極連接被保護(hù)電路中PMOS元件的襯底。若是NMOS（如圖2），其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的電源端和接地端，其漏極連接被保護(hù)電路中NMOS元件的襯底。一旦被保護(hù)電路的電源極性反接，保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)形成斷路，防止電流燒毀電路中的場(chǎng)效應(yīng)管元件，保護(hù)整體電路。

以內(nèi)阻為10mΩ的MOS管為例，5A的電流，功耗為（5×5）×0.01=0.25W根本不用外加散熱片，從而解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。

5 繼電器防反接

此方案將繼電器的觸點(diǎn)串聯(lián)在電路中，繼電器的線圈接控制電路，如圖4所示。當(dāng)電路通電時(shí)，經(jīng)過控制電路檢測(cè)電源極性正確時(shí)，才使線圈通電，繼電器觸電閉合，整個(gè)電路通電工作。其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通阻抗小，但控制電路復(fù)雜，尤其是在大電流的情況下要注意控制繼電器的拉弧現(xiàn)象，會(huì)影響繼電器的壽命。

經(jīng)過對(duì)以上幾種防反接電路的分析，對(duì)各種方案的優(yōu)劣進(jìn)行了比較。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的具體要求，綜合考慮成本、可靠性和復(fù)雜程度等因素選擇合適的防反接電路。

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