二極管及MOS管的反向保護電路分享-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2021-04-08
設計電路時(shí),有時(shí)候會(huì )發(fā)現電路板上的芯片突然有微微燒焦的氣味,這有可能是反向電流的惡作劇。特別是設計便攜式的電子產(chǎn)品,如果一不小心,電池的反向連接對便攜式產(chǎn)品可以是致命的,會(huì )有損壞電路或電池本身的危險。
因此,為了防止反向電流的突襲,除了可以使用機械式保護來(lái)確保電池的正確極性的連接外,反向電流保護的電路設計也不容忽視。在電路設計方面,我們可利用以下3種常見(jiàn)的方法來(lái)可以防止反向電流 -二極管、MOS管和負載開(kāi)關(guān)。
二極管
利用二極管是最簡(jiǎn)單且最便宜的反向電流保護方法,常見(jiàn)例子是使用二極管與電池串聯(lián)連接一起。在選擇二極管時(shí), 以下一些參數需要特別留意:
最高反向工作電壓
加在二極管兩端的反向工作電壓高到一定值時(shí),管子將會(huì )擊穿,失去單向導電能力。為了保證使用安全,規定了最高反向工作電壓。例如,1N4001二極管反向耐壓為50V,1N4007的反向耐壓為1000V。因此,使用時(shí)應避免二極管外加的反向工作電壓過(guò)高。
反向電流
反向電流是指二極管在規定的溫度和最高反向電壓作用下,流過(guò)二極管的反向電流。反向電流越小,管子的單方向導電性能越好。
反向電流與溫度密切相關(guān),大約溫度每升高10℃,反向電流有可能增大一倍。硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩定。
反向恢復時(shí)間
從正向電壓變成反向電壓時(shí),電流一般不能瞬時(shí)截止,要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間,這個(gè)時(shí)間就是反向恢復時(shí)間。它直接影響二極管的開(kāi)關(guān)速度。
比如我們以下圖的網(wǎng)站為例,可以根據不同二極管類(lèi)型及設計參數的要求,篩選合適的二極管。
但是使用二極管也有缺點(diǎn),就是輸入大電流的情況下對功耗影響會(huì )非常大。例如流通的電流額定值達到2A時(shí),對于大部份常用的二極管來(lái)說(shuō),它們的正向壓降將Vcc的限制在0.6V-0.8V。那么功耗(Pd)至少也要達到:
這樣大大增加了系統總體的功耗,效率也會(huì )降低。
因此有些設計人員寧愿選擇肖特基二極管以減少正向壓降,但需要注意的是:它們較昂貴,而且會(huì )有較多的反向電流泄漏的問(wèn)題。
MOS管 (MOSFET)
由于MOS管的內阻很小,一些MOS管的 Rds(on)已經(jīng)能夠做到毫歐級,可以解決了基于二極管的反向電流保護方案中存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。
如下所示,利用2個(gè)MOS管背靠背地連接是一個(gè)不錯的解決方案。當2個(gè)MOS管關(guān)閉,它們可以阻斷兩個(gè)方向電流的流通。與二極管的解決方案相比,MOS管可以支持更低的電源壓降供應給負載。但是,如果要實(shí)現這種方案,需要多個(gè)元器件配合,使得電路會(huì )在電路板上占用更多的空間。
負載開(kāi)關(guān)
與MOS管一樣,負載開(kāi)關(guān)可在關(guān)閉時(shí)阻止兩個(gè)方向上的電流(如下圖設計)。
如TI的TPS22963C負載開(kāi)關(guān),是一個(gè)小型集成封裝,其擁有一些基本功能:輸入電壓、輸出電壓、開(kāi)關(guān)和接地。這樣的設計,大大減少了電路在電路板上占用的空間和BOM數量。
利用TPS22963C可以保護電路免被反向電流侵襲。當ON引腳關(guān)掉器件,并且VOUT被強制為外部電壓輸出后,只有非常少量的電流將從VOUT流向VIN。
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