盤點(diǎn)電子電路電源保護(hù)設(shè)計(jì)精華

盤點(diǎn)電子電路電源保護(hù)設(shè)計(jì)精華在電源電子電路設(shè)計(jì)中存在一些不穩(wěn)定因素，而設(shè)計(jì)用來防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作愛護(hù)電路。比如有過流愛護(hù)、過壓愛護(hù)、過熱愛護(hù)、空載愛護(hù)、短路愛護(hù)等。鋰電池愛護(hù)電路由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和專用愛護(hù)集成塊S8232組成，過充電掌握管FET2和過放電掌握管FET1串聯(lián)于電路，由愛護(hù)IC監(jiān)視電池電壓并進(jìn)行掌握，當(dāng)電池電壓上升至4.2V時(shí)，過充電愛護(hù)管FET2截止，停止充電。

電容在中低頻或直流狀況下，就是一個(gè)儲(chǔ)能組件，只表現(xiàn)為一個(gè)電容的特性，但在高頻狀況下，它就不僅僅是個(gè)電容了，它有一個(gè)抱負(fù)電容的特性，有漏電流（在高頻等效電路上表現(xiàn)為R），有引線電感，還在導(dǎo)致電壓脈沖波動(dòng)狀況下發(fā)熱的ESR（等效串聯(lián)電阻）。從這個(gè)圖上分析，能幫我們?cè)O(shè)計(jì)師得出許多有益的設(shè)計(jì)思路。第一，根據(jù)常規(guī)思路，1/2πfc是電容的容抗，應(yīng)當(dāng)是頻率越高，容抗越小，濾波效果越好，即越高頻的雜波越簡(jiǎn)單被泄放掉，但事實(shí)并非如此，由于引線電感的存在，一支電容僅僅在其1/2πfc=2πfL等式成立的時(shí)候，才是整體阻抗最小的時(shí)候，濾波效果才最好，頻率高了低了都會(huì)濾波效果下降，由此就可以分析出結(jié)論，為什么在IC的VCC端都會(huì)加兩支電容，一支電解的，一支瓷片的，并且容值一般相差100倍以上多一點(diǎn)。就是兩支不同的電容的諧振頻率點(diǎn)岔開了一段距離，既利于對(duì)稍高頻的濾波，也利于對(duì)較低頻的濾波。

防反接愛護(hù)電路

通常狀況下直流電源輸入防反接愛護(hù)電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺?shí)現(xiàn)防反接愛護(hù)。如下圖1示：這種接法簡(jiǎn)潔牢靠，但當(dāng)輸入大電流的狀況下功耗影響是特別大的。以輸入電流額定值達(dá)到2A，如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管MUR3020PT，額定管壓降為0.7V，那么功耗至少也要達(dá)到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，這樣效率低，發(fā)熱量大，要加散熱器。另外還可以用二極管橋?qū)斎胱稣?，這樣電路就永久有正確的極性（圖2）。這些方案的缺點(diǎn)是，二極管上的壓降會(huì)消耗能量。輸入電流為2A時(shí)，圖1中的電路功耗為1.4W，圖2中電路的功耗為2.8W。

利用mos管的開關(guān)特性，掌握電路的導(dǎo)通和斷開來設(shè)計(jì)防反接愛護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，解決了現(xiàn)有采納二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。

MOS管型防反接愛護(hù)電路

圖3利用了MOS管的開關(guān)特性，掌握電路的導(dǎo)通和斷開來設(shè)計(jì)防反接愛護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在MOSFETRds（on）已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí)，解決了現(xiàn)有采納二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。極性反接愛護(hù)將愛護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管與被愛護(hù)電路串聯(lián)連接。愛護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管或NMOS場(chǎng)效應(yīng)管。若為PMOS，其柵極和源極分別連接被愛護(hù)電路的接地端和電源端，其漏極連接被愛護(hù)電路中PMOS元件的襯底。若是NMOS，其柵極和源極分別連接被愛護(hù)電路的電源端和接地端，其漏極連接被愛護(hù)電路中NMOS元件的襯底。一旦被愛護(hù)電路的電源極性反接，愛護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)形成斷路，防止電流燒毀電路中的場(chǎng)效應(yīng)管元件，愛護(hù)整體電路。詳細(xì)N溝道MOS管防反接愛護(hù)電路電路如圖3示。

N溝道MOS管通過S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間，電阻R1為MOS管供應(yīng)電壓偏置，利用MOS管的開關(guān)特性掌握電路的導(dǎo)通和斷開，從而防止電源反接給負(fù)載帶來損壞。正接時(shí)候，R1供應(yīng)VGS電壓，MOS飽和導(dǎo)通。反接的時(shí)候MOS不能導(dǎo)通，所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds（on）只有20mΩ實(shí)際損耗很小，2A的電流，功耗為（2×2）×0.02=0.08W根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采納二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。

編輯點(diǎn)評(píng)：上圖中VZ1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過高擊穿mos管，NMOS管的導(dǎo)通電阻比PMOS的小，NMOS管接在電源的負(fù)極，柵極高電平導(dǎo)通，PMOS管接在電源的正極，柵極低電平導(dǎo)通。本文著重介紹了電源中愛護(hù)電路設(shè)計(jì)過程，利用場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻作