防反接保護電路及功耗計算

采用電池是最方便干凈的電源，為電子電路提供電壓。還有許多其他方法，為電子設備供電，如適配器，太陽能電池等，但最常見的直流電源是電池。通常，所有設備都帶有防反接保護電路，但是如果您有任何電池供電的設備沒有防反接保護，那么在更換電池時始終必須小心，否則它可能會炸毀設備。

因此，在這種情況下，防反接保護電路將是電路的有用補充。有一些簡單的方法可以保護電路免受反極性連接的影響，例如使用二極管或二極管橋，或者將P溝道MOSFET用作HIGH側的開關。

使用二極管的極性反接保護

使用二極管是極性反接保護最簡單、最便宜的方法，但它存在漏電問題。當輸入電源電壓很高時，小的壓降可能沒關系，特別是當電流較低時。但在低壓操作系統的情況下，即使是少量的壓降也是不可接受的。

眾所周知，通用二極管上的壓降為0.7V，因此我們可以通過使用肖特基二極管來限制此壓降，因為它的壓降約為0.3V至0.4V，并且還可以承受高電流負載。選擇肖特基二極管時要注意，因為許多肖特基二極管都具有高反向電流泄漏，因此請確保選擇具有低反向電流(小于100uA)的二極管。

雷卯電子有專門開發的超低Vf肖特基二極管和超低漏流的肖特基二極管，適合防反接使用。

在4安培時，電路中肖特基二極管的功率損耗為：

4x 0.4V= 1.6W

在普通二極管中：

4x 0.7 V=2.8W

所以肖特基在電路中的節能效果明顯，如果電路電流較大，也可以選用DO-277封裝的肖特基二極管，比如雷卯電子SS10U60。

整流橋堆防反接保護

我們也可以使用全橋整流器進行防反接保護，因為它與極性無關。但是橋式整流器由四個二極管組成，因此在單二極管的上述電路中，功率浪費量將是功率浪費的兩倍。

使用P 溝道MOSFET 的防反接保護

使用P溝道MOSFET進行反接極性保護比其他方法更可靠，因為它具有低壓降和高電流能力。該電路由一個P溝道MOSFET、齊納二極管和一個下拉電阻組成。如果電源電壓低于P溝道MOSFET的柵極至源電壓(Vgs)，則只需要不帶二極管或電阻的MOSFET。您只需要將MOSFET的柵極端子連接到接地即可。

現在，如果電源電壓大于Vgs，則必須降低柵極端子和源極之間的電壓。下面提到了制造電路硬件所需的組件。

P 溝道場效應管 型號根據電流電壓選擇

電阻器 (100k)

9.1V 齊納二極管

電路圖

采用P溝道MOSFET的極性反接保護電路的工作原理

現在，當您按照電路圖連接電池時，具有正確的極性，它會導致晶體管打開并允許電流流過它。如果電池向后或以反極性連接，則晶體管關閉，我們的電路將受到保護。

該保護電路比其他保護電路更有效。讓我們分析一下當電池以正確的方式連接時，P溝道MOSFET將導通，因為柵極和源極之間的電壓為負。查找柵極和源極之間電壓的公式為：

Vgs= (Vg- Vs)

當電池連接不正確時，柵極端子的電壓將為正極，我們知道P溝道MOSFET僅在柵極端子的電壓為負時(此MOSFET的最低-2.0V或更低)導通。因此，每當電池以相反方向連接時，電路都將受到MOSFET的保護。

現在，讓我們來談談電路中的功率損耗，當晶體管導通時，漏極和源極之間的電阻幾乎可以忽略不計，但為了更準確，您可以瀏覽P溝道MOSFET的數據表。對于LMAK30P06P 溝道MOSFET，靜態漏源導通電阻(RDS(ON))為0.020Ω(典型值)。因此，我們可以計算電路中的功率損耗，如下所示：

功率損耗=I*I*R

假設流經晶體管的電流為1A。所以功率損耗將是

功率損耗=I2R= (1A)2*0.02Ω= 0.02W

因此，功率損耗比使用單二極管的電路小約27倍。這就是為什么使用P溝道MOSFET進行防反接保護比其他方法要好得多的原因。它比二極管貴一點，但它使保護電路更安全，更高效。

我們還在電路中使用了齊納二極管和電阻器，以防止超過柵極到源電壓。通過添加電阻和9.1V的齊納二極管，我們可以將柵源電壓箝位到最大負9.1V，因此晶體管保持安全。

當然MOS的防反接電路也可以采用Nmos來截斷電路，截斷的就是負極電路，我們一般的理念還是開關正極，就像家里電燈開關一樣，是裝在火線上，而不是零線上。

審核編輯：劉清