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淺談反向電壓極性保護電路
2022-06-20

電壓反接保護（ReverseVoltage Protect， RVP）電路主要用在需要直流電壓供電電源的輸入端，用于防止輸入電壓極性反接而造成電路系統(tǒng)元器件的損壞，甚至事故！ 大多數電路系統(tǒng)都需要極性正確的直流電壓進行供電才能夠正常地工作，如果電壓極性一旦反接，則很有可能損壞內部電路元器件，因為很多元器件不能夠承受過大的反向電壓。 比如，鋁電解電容都是有極性的，而它可以承受的最大反向電壓很小，如下圖所示：（來自VISHAY 鋁電解電容038 RSU數據手冊） 鋁電解電容強行施加反向電壓，將出現電流大，發(fā)熱等現象，嚴重者可能發(fā)生爆炸（Boom） 大多數集成芯片的反向耐壓也不高，我們看看單片機的數據手冊，如下圖所示：（來自STM32單片機數據手冊） 因此，對于大多數電路系統(tǒng)而言，特別是內部有較昂貴的元器件時，或價值較高的電路系統(tǒng)，添加一個電壓極性保護電路還是很有必要的，下面我們介紹一些常用的RVP電路。 最簡單的RVP電路就是：使用一個二極管串聯(lián)在輸入直流電源線路上。其優(yōu)點就是簡單，缺點是二極管有一定的壓降，不適合輸入電壓比較低的應用場合，而且電流很大時損耗也很大（發(fā)熱），另外，輸入電壓反接時，由于二極管是截止的，電路系統(tǒng)是不工作的，如下圖所示： 如果需要在極性反接的情況下，電路系統(tǒng)也能夠正常工作，可以使用全橋橋堆連接方法，如下圖所示： 它的缺點是損耗比單個二極管RVP電路更大（兩個二極管壓降損耗），但帶來的好處是無論輸入電壓是正向或反向，電路系統(tǒng)都能夠正常工作。 有些廠家為了簡化保護電路并降低二極管的損耗，直接在電路系統(tǒng)的輸入直流供電電源兩端反向并聯(lián)一個二極管，如下圖所示： 這樣當外接電源反接時，二極管就被擊穿了，從而保護電路模塊中更為貴重的元器件，而二極管的成本還不到一毛錢，維修的時候直接更換一個就可以，典型的“丟卒保車”做法； 當然，你也可以在二極管前面再串一個熔斷型保險絲，如下圖所示： 當輸入電壓極性反向時，保險絲將會熔斷，你只需要換一個保險絲即可，甚至都不需要拿鉻鐵來進行維修。 對保護電路要求更高的場合，我們還可以使用如下圖所示的增強型NMOS管保護電路： 當輸入電壓極性正確時，NMOS的寄生二極管將先一步導通，這樣NMOS管的柵-源電壓VGS約為輸入電壓（小一個二極管壓降），如下圖所示： 此時二極管是有一定壓降的（有損耗），但VGS使NMOS管導通后將寄生二極管短路，此時電流將從NMOS管溝道流過，如下圖所示： 現在的NMOS管導通電阻可以做到毫歐姆級別，因此損耗將非常低， 而當電源極性反接時，寄生二極管因反向偏置而截止，由于柵-源電壓VGS不滿足條件，NMOS管也是截止的，電路系統(tǒng)將不予工作，如下圖所示： 上述電路僅適合輸入電壓不高于NMOS管柵-源電壓（典型值不超過12V）的場合，否則將可能損壞MOS管，這時我們需要添加一些附屬電路，比如電阻分壓電路，如下圖所示： 當然，如果你擔心輸入電壓波動太大（從而分壓過大），而且荷包也足夠飽滿的話，也可以加個穩(wěn)壓二極管，如下圖所示： 用PMOS管也可以實現這個功能，如下圖所示： 它的分析原理與NMOS管完全一致，針對輸入電壓大于PMOS柵-源電壓的場合，其附屬電路與PMOS管也是一樣的，本文不再贅述。 當然，NMOS管的導通電阻比PMOS管?。▍⒖嘉恼隆皥鲂埽?）PMOS與NMOS溝道導通電阻”），在適當的場合可以考慮這一點。

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