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一种直流电池/电源正反接均可供电的电路方案

之前发过一篇:直流电源防反接电路设计,可使用二极管、桥式整流管和MOS管道设计防反接电路。本文转载为:EDN基于电子技术设计MOS管道提出了一种电路方案,可以支持直流电池/电源的正反连接。

EDN早前发布的设计实例“Circuit provides reverse-battery protection它总结了一种极性保护电路,它可以正确地将电池连接到负载上,无论电池在底座上的方向如何。采用此电路Maxim快速开关、低压、双开关SPDT CMOS模拟开关IC MAX4636设计,可以工作,但有一些缺点。其电源电压范围有一定的限制(1).8~5.5V),而且内部电阻略高,只能用于电流负荷不超过30mA的产品。幸运的是,由于MOSFET一些重大的技术进步现在可以克服这些局限性。

说明使用P沟MOSFET晶体管保护负载的反极性电池保护的方法。通常,P通道MOSFET导通时,需要向其栅源控制结施加适当的电压(栅极为负电位,源极为正电位)。所示P沟MOSFET连接略有不同,其工作方式如下。

图1 使用P沟道MOSFET保护负载免受反向电池损坏

将电源添加到A和B端子(A为正,B为负)时,晶体管的内部二极管D1处于正偏,为Q提供栅源控制电压,使其导通。MOSFET小电阻作为二极管D旁路1,将电流输送到负载。

当电池反向时,电压也施加到A和B端子(但现在A为负,B为正),晶体管内部二极管D反向偏置,Q1.栅源电压为0。Q晶体管截止,负载无电流。

换句话说,这个电路中的P沟MOSFET Q1.其行为类似于二极管(即虚拟)D2)其正向阈值电压很低。N通道也可以以类似的方式使用MOSFET()。

图2 使用N沟道MOSFET保护负载免受反向电池损坏

当A端为正时,B当端为负时,晶体管内部二极管D1获得正偏,为Q提供网漏控制电压,使其导通。MOSFET的小电阻为D1二极管分流,将电流输送到负载。

当向A和B端子反向供电(A为负,B为正)时,晶体管内部二极管D由于反向偏置,其网源电压等于0。MOSFET Q1.负载无电流。

所示电路可用于保护负载免受电池反向连接的影响,而不是普通的二极管反向保护,但如果电池反向安装,则不能为负载供电。

图3 任何电池安装时,该电路都可以负载供电

当按安装电池时,正电位通过P沟晶体管Q2内部二极管的正偏置D二施加到其源极。这样会使Q2的栅极处于电池负极的电位,使其导通。电池的负极通过N通道晶体管Q3内部二极管的正偏置D连接到它的源极。在这种情况下,Q因为栅极处于电池正极的电位,所以会导通。一般来说,当电池处于这个方向时,Q2和Q3放大,将电池电压传输到负载;Q1和Q保持断开。

在下一种情况下,电池的安装方向相反。此时,正电势通过P沟晶体管Q4内部二极管的正偏置D四施加到其源极。由于Q4的栅极处于电池负极的电位,因此会导通。Q内部二极管D1由于正偏置,从而将来自电池负极的电势应用于N沟晶体管Q1的源极。由于Q因此,1的栅极处于电池正极的电位Q1导通。由于Q1和Q由于电池连接到负载,4双双导通Q2和Q三是处于关闭状态。

请注意,本设计具有安全功能,已使用MOSFET内部二极管。Q1~Q四中二极管相互连接,形成全桥整流器。MOSFET二极管作,二极管电桥仍能整流输入,从而为负载提供正确的极性。

附录

适用电压相对较低,不超过N沟和P沟MOSFET通常是最大允许栅源结±15~20V。对于需要更高电池电压的应用修改中间的电路以保护它MOSFET例如源结,如所示。

图4 保护MOSFET的栅源结

这个电路增加了齐纳二极管D5~D8,用以保护MOSFET电阻R1和R2起限流作用。在大多数情况下,D5~D8的Vzener(反向击穿电压)值应为12至13V之间。这足以打开MOSFET,获得其最小Rds-on值。R1和R2的值(R1 = R2 = R)可按下式计算:

R = (Vbatt–Rds-on×Iload–Vzener)/Izen

其中,Vbatt是电池电压,Rds-on是MOSFET导通时的漏电阻,Iload是负载电流,Vzener是齐纳二极管的反向击穿电压,Izen是齐纳二极管的工作电流。

这款Maxim的器件在 3V在电源下会带来11Ω(2×5.5Ω)而在 5V电源下会带来8Ω(2×4Ω)串联电阻。

标签: 该电阻能正常工作吗电源后接电阻连接器电源底座

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