面包芯语

干货|电源防反接电路的几种实现方案

电子工程世界 2022-04-26 07:30
STM32峰会2025：AI与GUI开发的未来，就在这里！ 封装设计“外挂”上线！xPD如何一键生成菊花链？
电子产品要正常工作，就离不开电源。像手机、智能手环这种消费类电子，其充电接口都是标准的接插件，不存在接线的情况，更不会存在电源接反的情况。

但在工业、自动化应用中，有很多产品是需要手动接线的，即使操作人员做事情再认真，也难免会出错。如果把电源线接反了，可能会导致产品被烧掉。

图1：手工接线

那么，如果在设计产品的时候，就考虑了电源防接反而设计了防接反电路是不是会方便很多呢？今天，我们就来讨论一下如何实现电源防接反？电源防接反的电路有哪些？

1、使用二极管防止电源接反


二极管就有单向导电的特性，在二极管的两端加上合适的正向电压后，二极管导通；而如果加上反向电压后，二极管截止。利用二极管的这个特性可以实现电源的防接反电路，将二极管正向串联在电路中即可。使用二极管搭建的电源防接反电路，如图2所示：

图2：二极管防反接电路

  • 二极管防反接电路分析


将二极管正向串联在电路中，如果电源接线正确的话，PN节正偏使二极管导通，负载得电工作，二极管产生(0.7-3)V的电压降。如果二极管反接的话，PN节处于反偏状态，电阻非常大，电路不通，从而保护了负载的安全。

  • 电路仿真


电路仿真如图3所示，左图电源的接线是正确的，负载LED被点亮；右图电源的接线反了，负载LED不工作。由此可见二极管可以实现电源防反接功能，电源接反后，电路不通，负载不工作，而不会把负载烧坏。

图3：电路仿真

  • 二极管防反接电路的优缺点分析


该电路的优点很明显，电路简单，实用性较强，关键成本很低。但是却存在几个缺点，如下：

缺点一：二极管具有正向电压降，压降范围为(0.7-3)V，对于低电压而言可能不适用，分压后可能导致负载电压不够。

缺点二：二极管的耐压很高，但是过电流能力有限，例如4007二极管的最大正向连续电流约为1A。

2、使用P-MOS防止电源接反


MOS管是一种压控型的半导体器件，应用广泛，可以分为P-MOS和N-MOS，具有三个电极，分别为栅极G、漏极D和源极S。可以使用该器件来实现电源的防反接，使用P-MOS实现防反接的电路示意图，如图4所示：

图4：PMOS防反接电路

  • P-MOS防反接电路分析


P-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS<0时导通，否则截止，利用P-MOS防电源反接时，P-MOS接在高侧，即靠近电源正极一侧。

当电源接线正确时，假设电源电压为U，栅极G为低电平，由于寄生二极管的原因，使得源极S的电位为U-0.7，所以VGS<0,P-MOS管导通，从而使负载得电，电路正常工作。

当电源反接时，栅极G为高电平，VGS>0，所以P-MOS不导通，电路不工作。

  • P-MOS防反接电路仿真


仿真电路图如图5所示。左图是电源接线正确的电路图，发光二极管被点亮；右图是电源接线错误的电路图，发光二极管不工作。

图5：PMOS仿真电路

  • P-MOS防反接注意事项/优缺点


P-MOS要接在电源的正极一侧，并且要将寄生二极管正向串联在电路中，其工作原理正是利用了二极管的单向导电特性，这个应用要和P-MOS的开关应用区分开。

其优点就是导通压降小，因为MOS管的导通内阻非常小，所以压降非常小。

3、使用N-MOS防止电源接反

N-MOS防电源反接的电路和P-MOS的工作原理是一样的，只不过N-MOS需要接在电源负极一侧，即低端。N-MOS防反接的电路示意图如图6所示：

图6：NMOS实现电源防反接电路

  • N-MOS防反接电路分析


N-MOS的导通条件时栅极和源极之间的电压VGS>0时导通，否则截止，利用N-MOS防电源反接时，N-MOS接在低侧，即靠近电源负极一侧。
当电源接线正确时，假设电源电压为U，栅极G为高电平U，由于寄生二极管的原因，使得源极S的电位为0.7，所以VGS>0,N-MOS管导通，从而使负载得电，电路正常工作。

当电源反接时，栅极G为低电平，VGS=0，所以N-MOS不导通，电路不工作。

  • N-MOS防反接电路仿真


N-MOS仿真电路图如图7所示，左图是接线正确的电路图，右图是接线错误的电路图。接线正确时负载工作，接线错误时电路不通。

图7：NMOS仿真电路

  • N-MOS防反接注意事项/优缺点


NMOS需要接在电源的低侧，即靠近负极的一侧，其防止反接的原理与P-MOS防反接原理一致，寄生二极管也是正向串联在电路中，NMOS导通后将寄生二极管短路掉。

其优点，因为MOS管的导通电阻非常小，只有几个mΩ，所以压降非常小。与P-MOS相比，同系列N-MOS的内阻更小。

4、使用整流桥实现电源接线的无极性

除了防反接之外，还可以使用整流桥实现电源的无极性，即电源正接、反接都可以，电路都可以正常工作。

整流桥是由四个二极管所构成的电路，经常用在交流转直流的整流电路中，在交流的每个周期有两个二极管同时导通而另外两个二极管截止，依次轮换。

  • 整流桥仿真电路


整流桥所实现的仿真电路如图8所示，从图中可以看出，不管电源正接还是反接，负载LED都能发光，所以整流桥实现了电源的无极性。

图8：整流桥仿真电路

  • 整流桥防反接电路分析


四个二极管组成了整流桥，在不同极性下，只有两个二极管导通工作，另外两个处于截止状态，图8也画出了不同电源接法下，电流的方向，从图中可以看出，只有对桥臂的两个二极管导通，而另外两个二极管截止。这也是整流电路的原理。

  • 整流桥防反接电路优缺点分析


该电路不再对电源的极性有要求，实现了电源的任意接法，这时最大的优点。但缺点是，因为二极管的正向压降，不适用于低电压的电路，而且过电流能力较差。

5、电源防反接技术总结


以上介绍的几种方案都跟二极管有关系，都是利用了二极管的单向导电特性，但是受限于二极管的正向电流和正向导通压降，不适用于大电流应用和电压较低的应用。


推荐阅读

干货 | 全面解析开关电源各功能电路
干货 | 新手经常忽略的嵌入式基础知识点，你都掌握了吗？
干货 | 功率器件的dv/dt和di/dt有多大？
干货 | 电源电路中，电感底部需要铺地吗？



添加微信回复“进群”

拉你进技术交流群！

国产芯|汽车电子|物联网|新能源|电源|工业|嵌入式…..  

在公众号内回复您想搜索的任意内容，如问题关键字、技术名词、bug代码等，就能轻松获得与之相关的专业技术内容反馈。快去试试吧！


如果您想经常看到我们的文章，可以进入我们的主页，点击屏幕右上角「三个小点」，点击「设为星标」。

欢迎扫码关注


登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
电子工程世界 关注EEWORLD电子工程世界，即时参与讨论电子工程世界最火话题，抢先知晓电子工程业界资讯。
评论 （0）
  • 紫光展锐全新奇迹手游引擎，开启游戏“芯”时代
    UNISOC Miracle Gaming奇迹手游引擎亮点：• 高帧稳帧：支持《王者荣耀》等主流手游90帧高画质模式，连续丢帧率最高降低85%;• 丝滑操控：游戏冷启动速度提升50%，《和平精英》开镜开枪操作延迟降低80%;• 极速网络：专属游戏网络引擎，使《王者荣耀》平均延迟降低80%;• 智感语音：与腾讯GVoice联合，弱网环境仍能保持清晰通话;• 超高画质：游戏画质增强、超级HDR画质、游戏超分技术，优化游戏视效。全球手游市场规模日益壮大，游戏玩家对极致体验的追求愈发苛刻。紫光展锐全新U
    紫光展锐 2025-05-07 17:07 275浏览
  • 二位半 5线数码管的驱动方法
    二位半 5线数码管的驱动方法这个2位半的7段数码管只用5个管脚驱动。如果用常规的7段+共阳/阴则需要用10个管脚。如果把每个段看成独立的灯。5个管脚来点亮，任选其中一个作为COM端时，另外4条线可以单独各控制一个灯。所以实际上最多能驱动5*4 = 20个段。但是这里会有一个小问题。如果想点亮B1，可以让第3条线（P3）置高，P4 置低，其它阳极连P3的灯对应阴极P2 P1都应置高，此时会发现C1也会点亮。实际操作时，可以把COM端线P3设置为PP输出，其它线为OD输出。就可以单独控制了。实际的驱
    southcreek 2025-05-07 15:06 421浏览
  • 【拆解】无线入耳式蓝牙耳机，从浅到深的认识
    这款无线入耳式蓝牙耳机是长这个样子的，如下图。侧面特写，如下图。充电接口来个特写，用的是卡座卡在PCB板子上的，上下夹紧PCB的正负极，如下图。撬开耳机喇叭盖子，如下图。精致的喇叭(HY)，如下图。喇叭是由电学产生声学的，具体结构如下图。电池包（AFS 451012  21 12），用黄色耐高温胶带进行包裹（安规需求），加强隔离绝缘的，如下图。451012是电池包的型号，聚合物锂电池+3.7V 35mAh，详细如下图。电路板是怎么拿出来的呢，剪断喇叭和电池包的连接线，底部抽出PCB板子
    liweicheng 2025-05-06 22:58 522浏览
  • 飞凌嵌入式携手龙芯发布2K0300i核心板，全国产自主可控新选择
    飞凌嵌入式作为龙芯合作伙伴，隆重推出FET-2K0300i-S全国产自主可控工业级核心板！FET-2K0300i-S核心板基于龙芯2K0300i工业级处理器开发设计，集成1个64位LA264处理器，主频1GHz，提供高效的计算能力；支持硬件ECC；2K0300i还具备丰富的连接接口USB、SDIO、UART、SPI、CAN-FD、Ethernet、ADC等一应俱全，龙芯2K0300i支持四路CAN-FD接口，具备良好的可靠性、实时性和灵活性，可满足用户多路CAN需求。除性价比超高的国产处理器外，
    飞凌嵌入式 2025-05-07 11:54 63浏览
  • 利亚德净利暴跌、市值缩水，“羞愧”的董事长李军难翻盘
    文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍相较于一众措辞谨慎、毫无掌舵者个人风格的上市公司财报，利亚德的财报显得尤为另类。利亚德光电集团成立于1995年，是一家以LED显示、液晶显示产品设计、生产、销售及服务为主业的高新技术企业。自2016年年报起，无论业绩优劣，董事长李军每年都会在财报末尾附上一首七言打油诗，抒发其对公司当年业绩的感悟。从“三年翻番顺大势”“智能显示我第一”“披荆斩棘幸从容”等词句中，不难窥见李军的雄心壮志。2012年，利亚德（300296.SZ）在深交所创业板上市。成立以来，该公司在细分领
    华尔街科技眼 2025-05-07 19:25 348浏览
  • 【拆解】行车记录仪后摄像头，挺神奇的
    后摄像头是长这个样子，如下图。5孔（D-,D+,5V,12V,GND），说的是连接线的个数，如下图。4LED，+12V驱动4颗LED灯珠，给摄像头补光用的，如下图。打开后盖，发现里面有透明白胶（防水）和白色硬胶（固定），用合适的工具，清理其中的胶状物。BOT层，AN3860，Panasonic Semiconductor （松下电器）制造的，Cylinder Motor Driver IC for Video Camera，如下图。TOP层，感光芯片和广角聚焦镜头组合，如下图。感光芯片，看着是玻
    liweicheng 2025-05-07 23:55 285浏览
  • 京东外卖狂飙背后：百亿补贴难掩四小短板
    在过去的很长一段时间里，外卖市场呈现出美团和饿了么双寡头垄断的局面。美团凭借先发优势、强大的地推团队以及精细化的运营策略，在市场份额上长期占据领先地位。数据显示，截至2024年上半年，美团外卖以68.2%的市场份额领跑外卖行业，成为当之无愧的行业老大。其业务广泛覆盖，从一线城市的繁华商圈到二三线城市的大街小巷，几乎无处不在，为无数消费者提供便捷的外卖服务。饿了么作为阿里本地生活服务的重要一环，依托阿里强大的资金和技术支持，也在市场中站稳脚跟，以25.4%的份额位居第二。尽管市场份额上与美团有一定
    用户1742991715177 2025-05-06 19:43 63浏览
  • 车载AI算力需求激增，紫光国芯车规级LPDDR4如何满足低功耗高性能？
    随着智能驾驶时代到来，汽车正转变为移动计算平台。车载AI技术对存储器提出新挑战：既要高性能，又需低功耗和车规级可靠性。贞光科技代理的紫光国芯车规级LPDDR4存储器，以其卓越性能成为国产芯片产业链中的关键一环，为智能汽车提供坚实的"记忆力"支持。作为官方授权代理商，贞光科技通过专业技术团队和完善供应链，让这款国产存储器更好地服务国内汽车厂商。本文将探讨车载AI算力需求现状及贞光科技如何通过紫光国芯LPDDR4产品满足市场需求。 车载AI算力需求激增的背景与挑战智能驾驶推动算力需求爆发式
    贞光科技 2025-05-07 16:54 185浏览
  • 什么是硅二极管温度传感器
    硅二极管温度传感器是一种基于硅半导体材料特性的测温装置，其核心原理是利用硅二极管的电学参数（如正向压降或电阻）随温度变化的特性实现温度检测。以下是其工作原理、技术特点及典型应用：一、工作原理1、‌PN结温度特性‌硅二极管由PN结构成，当温度变化时，其正向电压 VF与温度呈线性负相关关系。例如，温度每升高1℃，VF约下降2 mV。2、‌电压—温度关系‌通过jing确测量正向电压的微小变化，可推算出环境温度值。部分型号（如SI410）在宽温域内（如1.4 K至475 K）仍能保持高线性度。
    锦正茂科技 2025-05-09 13:52 111浏览
  • 不同类型温度传感器的工作原理
    温度传感器的工作原理依据其类型可分为以下几种主要形式：一、热电阻温度传感器利用金属或半导体材料的电阻值随温度变化的特性实现测温：l ‌金属热电阻‌（如铂电阻 Pt100、Pt1000）：高温下电阻值呈线性增长，稳定性高，适用于工业精密测温。l ‌热敏电阻‌（NTC/PTC）：NTC 热敏电阻阻值随温度升高而下降，PTC 则相反；灵敏度高但线性范围较窄，常用于电子设备温控。二、热电偶传感器基于‌塞贝克效应‌（Seebeck effect）：两种不同
    锦正茂科技 2025-05-09 13:31 101浏览
  • Matter协议，智能家居生态平台的“共生契约”
    Matter协议是一个由Amazon Alexa、Apple HomeKit、Google Home和Samsung SmartThings等全球科技巨头与CSA联盟共同制定的开放性标准，它就像一份“共生契约”，能让原本相互独立的家居生态在应用层上握手共存，同时它并非另起炉灶，而是以IP（互联网协议）为基础框架，将不同通信协议下的家居设备统一到同一套“语义规则”之下。作为应用层上的互通标准，Matter协议正在重新定义智能家居行业的运行逻辑，它不仅能向下屏蔽家居设备制造商的生态和系统，让设备、平
    华普微HOPERF 2025-05-08 11:40 276浏览
我要评论
0
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦