直流电源防反接电路设计_生活广记

电子产品设备在使用的过程中最容易且最致命的一个错误操作就是：正负极接反，运气好没啥大事，通常轻则烧毁电源电路器件，重则烧毁MCU、昂贵的核心元器件。
本篇博文将分享几种常用的防反接电源电路设计，希望可以帮助到各位朋友。
通常情况，直流电源防反接保护电路最简单节省成本的方式就是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护，如下图所示：
这种方式简单可靠，成本低，但是不适合低电压和大电流。
二极管具有正向电压降，压降范围为0.7V~3V，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。
二极管的耐压很高，但是过电流能力有限，当输入大电流的情况下功耗影响非常大，若输入电流额定值达到3A，一般二极管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝3A×0.7V＝2.1W，损耗这么大，这样效率必定低，且发热量大，要加散热器。这就不划不来了。所以这种只能用在小电流，要求不高的电路中。
桥式整流管是由4个二极管组成，不论输入电源正负怎么接，输出极性都是正常的，如下图所示：
桥式整流同时有两个二极管导通，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，但是功耗是单个二极管防反接电路的2倍。若当输入电流为3A时，Pd＝3A×0.7V×2＝4.2W，更要加散热片了。成本更高，不实用。
MOS管是一种压控型的半导体器件，可以分为P-MOS和N-MOS，其内阻很?。ㄑ菇敌。? ，可利用其开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路。
P-MOS管防反接电路的导通条件是栅极和源极之间的电压VGS<0时导通，否则截止，利用P-MOS管防电源反接时， P-MOS管接在高侧，即靠近电源正极一侧，如下所示：
N-MOS管防反接电路的导通条件是栅极和源极之间的电压VGS>0时导通，否则截止，利用N-MOS管防电源反接时，N-MOS管接在低侧，即靠近电源负极一侧，如下所示：
与P-MOS管相比，N-MOS管导通电阻小且价格相对更便宜，最好选N-MOS管。
什么是充电回路采用双MOS串联式控制回路？2个MOS管如何接实现蓄电池对太阳能电池的防反充？鉴于电源电路存在一些不稳定因素，而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。在各类电子产品中，保护电路比比皆是，例如：过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等等，本文就整理了一些常见的保护电路。
【直流电源防反接电路设计】
电机过热保护电路
生产中所用的自动车床、电热烘箱、球磨机等连续运转的机电设备，以及其它无人值守的设备，因为电机过热或温控器失灵造成的事故时有发生，需要采取相应的保安措施。PTC热敏电阻过热保护电路能够方便、有效地预防上述事故的发生。
下图是以电机过热保护为例，由PTC热敏电阻和施密特电路构成的控制电路。图中，RT1、RT2、RT3为三只特性一致的阶跃型PTC热敏电阻器，它们分别埋设在电机定子的绕组里。正常情况下， PTC热敏电阻器处于常温状态，它们的总电阻值小于1KΩ 。此时， V1截止，V2导通，继电器K得电吸合常开触点，电机由市电供电运转。
当电机因故障局部过热时，只要有一只PTC热敏电阻受热超过预设温度时，其阻值就会超过10KΩ以上。于是V1导通、V2截止，VD2显示红色报警， K失电释放，电机停止运转，达到保护目的。
PTC热敏电阻的选型取决于电机的绝缘等级。通常按比电机绝缘等级相对应的极限温度低40℃左右的范围选择PTC热敏电阻的居里温度。例如，对于B1级绝缘的电机，其极限温度为130℃，应当选居里温度90℃的PTC热敏电阻。
逆变电源中的保护电路
逆变器经常需要进行电流转换,如果电路中的电流超出限定范围，将对电路和关键器件造成很大伤害，因此保护电路在逆变电源中就显得尤为重要。
防反接保护电路
如果逆变器没有防反接电路，在输入电池接反的情况下往往会造成灾难性的后果，轻则烧毁保险丝，重则烧毁大部分电路。在逆变器中防反接保护电路主要有三种：反并肖特基二极管组成的防反接保护电路，如下图所示。
由图可以看出，当电池接反时，肖特基二极管D导通， F被烧毁。如果后面是推挽结构的主变换电路，两推挽开关MOS管的寄生二极管的也相当于和D并联，但压降比肖特基大得多，耐瞬间电流的冲击能力也低于肖特基二极管D，这样就避免了大电流通过MOS管的寄生二极管，从而保护了两推挽开关MOS管。
这种防反接保护电路结构简单，不会影响效率，但保护后会烧毁保险丝F，需要重新更换才能恢复正常工作。
采用继电器的防反接保护电路，基本电路如下：
由图中可以看出，如果电池接反， D反偏，继电器K的线圈没有电流通过，触点不能吸合，逆变器供电被切断。这种防反接保护电路效果比较好，不会烧毁保险丝F，但体积比较大，继电器的触点的寿命有限。
采用MOS管的防反接保护电路，基本电路如下所示：
图中D为防反接MOS的寄生二极管，便于分析原理画出来了。当电池极性未接反时，D正偏导通， Q的GS极由电池正极经过F、R1、D回到电池负极得到正偏而导通。Q导通后的压降比D的压降小得多，所以Q导通后会使D得不到足够的正向电压而截至;
当电池极性接反时，D会由于反偏而截至，Q也会由于GS反偏而截至，逆变器不能启动。这种防反接保护电路由于没有采用机械触点开关而具有比较长的使用寿命，也不会像反并肖特基二极管组成的防反接保护电路那样烧毁保险丝F.因而得到广泛应用，缺点是MOS导通时具有一定的损耗。足够畅通无阻地通过比较大的电流还保持比较低的损耗。
电池欠压保护
为了防止电池过度放电而损坏电池，我们需要让电池在电压放电到一定电压的时候逆变器停止工作，需要指出的一点是，电池欠压保护太灵敏的话会在启动冲击性负载时保护。这样逆变器就难以起动这类负载了，尤其在电池电量不是很充足的情况下。请看下面的电池欠压保护电路。
可以看出这个电路由于加入了D1、C1能够使电池取样电压快速建立，延时保护。
锂电池充电保护电路
锂电池过充，过放电都会影响电池的寿命。在设计时，要注意锂电池的充电电压，充电电流。然后选取合适的充电芯片。注意要防止锂电池的过充，过放，短路保护等问题。同时，设计完成后要经过大量的测试。
锂电池充电电路的设计
这里选择了芯片TP4056为例子。根据所接电阻不同可以控制充电最大电流。可以设计充电指示灯，可以设计充电温度即多少到多少度之间进行充电。
充电保护电路
选择芯片DW01 和GTT8205的组合，可以做到短路保护，过充过放电的保护。
简单解释一下吧， MOS管有三个脚，两个MOS管串联，一个开一个关是截止的，一个关一个通是截止的，连个关是截止的，只有两个同时开或者同事关才是导通的。
正向的时候是两个同时开或者同时关，
反向的时候是一个开一个关，就能起到防反充。