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    几种常用的防反接保护电路

    2018-08-03 17:57:32 来源:硬件十万个为什么
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    1,通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性?#35789;?#29616;防反接保护。如下图1示:

     

    这种接法简单可靠,但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管  MUR3020PT,额定管压降为0.7V,那么功耗至少也要达到:Pd=2A×0.7V=1.4W,这样效率低,发热量大,要加散热器。

     

    2,另外还可以用二极管桥对输入做整流,这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是,二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A?#20445;?#22270;1中的电路功耗为1.4W,图2中电路的功耗为2.8W。

     

    图1,?#24674;?#20018;联二极管保护?#20302;?#19981;受反向极性影响,二极管有0.7V的压降

     

    图2 是一个桥式整流器,不论什么极性都可以正常工作,但是有两个二极管导通,功耗是图1的两倍

     

    MOS管型防反接保护电路

    图3利用了MOS管的开关特性,控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路,由于功率MOS管的内阻很小,现在 MOSFET Rds(on)?#20011;?#33021;够做到毫欧级,解决了现有采用二极管电源防反接方?#22797;?#22312;的压降和功耗过大的问题。

     

    极性反接保护将保护用场效应管与被保护电?#21453;?#32852;连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端,其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端,其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接,保护用场效应管会形成断路,防止电流烧毁电路中的场效应管元件,保护整体电路。

     

    具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示

     

    图3. NMOS管型防反接保护电路

     

    N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间,电阻R1为MOS管提供电压偏置,利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开,从而防止电源反接给负载带来损坏。正接时候,R1提供VGS电压,MOS饱和导通。反接的时候MOS不能导通,所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds(on)只有20mΩ?#23548;?#25439;耗很小,2A的电流,功耗为(2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散热片。解决了现有采用二极管电源防反接方?#22797;?#22312;的压降和功耗过大的问题。

     

     


    VZ1为稳压管防止栅源电压过高击穿mos管。NMOS管的导通电阻比PMOS的小,最好选NMOS。

     

    NMOS管接在电源的负极,栅极高电?#38477;?#36890;。

    PMOS管接在电源的正极,栅极低电?#38477;?#36890;。

     

    一般情况下普遍用于高端驱动的MOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。

       

    而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,

       

    所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V.如果在同一个?#20302;?#37324;,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器?#25216;?#25104;了电荷泵,要注意的是应该

     

    选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

     

       

    MOS管是电压驱动,按理说只要栅极电压到到开启电压就能导通DS,栅极串多大电阻均能导通。

      

    但如果要求开关频率较高?#20445;?#26629;对地或VCC可以看做是一个电容,对于一个电容来说,串的电阻越大,栅极达到导通电压时间越长,MOS处于半导通状态时间也越长,在半导通状态内阻较大,发热也会增大,极易损坏MOS,所以高频时栅极栅极串的电阻不但要小,一般要加前?#20204;?#21160;电路的。下面我们先来了解一下MOS管开关的基础知识。

      

    1、MOS管种类和结构

    MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以?#24674;?#36896;成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但?#23548;?#24212;用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。

      

    至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根?#23454;住?/p>

      

    对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS.

         

    原因是导通电阻小,且容易制造。

         

    所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS.下面的介绍中,也多以NMOS为主。

      

    MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。

      

    在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动?#34892;?#36127;载(如马达),这个二极管很重要。

          

    顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

      

    2、MOS管导通特性

    导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

      

    NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅

    极电压达到4V或10V就可以了。

      

    PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

        

    但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS.

     
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