关于防反接保护电路设计的讨论-电子技术方案|电路图讲解

防反接保护电路

1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示：

这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A，如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。

2，另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性（图2）。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W.

图1一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降

图2是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍。

利用mos管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

MOS管型防反接保护电路

图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。

具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示。

图3 MOS管防反接保护电路

N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R1为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。正接时候，R1提供VGS电压，MOS饱和导通。反接的时候MOS不能导通，所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds（on）只有20mΩ实际损耗很小，2A的电流，功耗为（2×2）×0.02=0.08W根本不用外加散热片。解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

图4 使用N型MOS管的输入防反接电路原理图

图5 使用P型MOS管的输入防反接电路原理图

VZ1为稳压管防止栅源电压过高击穿mos管。NMOS管的导通电阻比PMOS的小，最好选NMOS.

NMOS管接在电源的负极，栅极高电平导通。

PMOS管接在电源的正极，栅极低电平导通。

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设计了一种利用热插拔保护控制芯片，实现直流升压电路的输出过流、短路保护。本文分析了直流升压电路以及热插拔保护电路的工作原理及实现方式，详细介绍了电路及参数设计、选择过程，以及实际工作开关波形，并给出了设计实例。实验证明，利用热插拔保护控制芯片，有效地避免了常规直流升压电路在输出过流短路时的固有缺陷，提高了电源使用的可靠性。

0引言

热插拔保护电路通常用于服务器、网络交换机、以及其他形式的通信基础设施等高可用性系统。这种系统通常需要在带电状态下替换发生故障的电路板或模块，而系统照样维持正常运转，这个过程称为热插拔（Hot Swapping）。本文将阐述热插拔控制器的另一种用法，利用热插拔保护电路具有的过流和短路保护功能，解决开关直流升压电路的输出端保护问题。

1开关直流升压电路的基本原理

开关直流升压电路（The Boost Converter或者Step-up Converter），是一种开关直流升压电路。输出电压高于输入电压，输出电压极性不变，基本电路图如图1所示。

图1 开关直流升压电路

开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。

输出过流时，电路会采样开关管的峰值电流，减小占空比，导致输出电压下降。当输出电压降到输入电压时，过流保护不再受控，保护失效。另外输出过流点还会随着输入电压升高而变大。当输出短路时，输入电源会通过电感、升压二极管形成短路回路，导致电源故障。BOOST电路还有一个缺陷是不方便控制关闭输出，当控制芯片关闭，开关管截止时，输出仍然有电压，不像BUCK电路，很方便的将输出电压降到0 V.

2热插拔控制器的基本原理

热插拔（Hot-Plugging或Hot Swap）即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性。如果没有热插拔控制器，负载端的模块插拔时，会对电源产生浪涌电流的冲击，影响电压的稳定与电源的可靠性。这个问题可通过热插拔控制器来解决，热插拔控制器能合理控制浪涌电流，确保安全上电间隔。上电后，热插拔控制器还能持续监控电源电流，在正常工作过程中避免短路和过流。

3关键电路设计与实例

3.1电源要求

电源实例如图2所示，其中的电源输入9~18 V，额定输出28 V/1.2 A，过流保护1.5 A.

图2 电源实例

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