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幾個(gè)電源開(kāi)關(guān)電路對(duì)比分析

發(fā)布人:yingjian 時(shí)間:2024-07-29 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章
1、防反接保護(hù)(二極管)

在實(shí)際電子設(shè)計(jì)中,防反接保護(hù)電路非常重要,不要覺(jué)得自己肯定不會(huì)接錯(cuò),實(shí)際上無(wú)論多么小心,還是會(huì)犯錯(cuò)誤......

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最簡(jiǎn)單的就是利用二極管了,利用二極管的單向?qū)щ娦裕唇拥臅r(shí)候電路不通,但這里有個(gè)無(wú)法接受的點(diǎn),就是二極管具有正向壓降,輸出端電壓會(huì)有相應(yīng)的下降,比如我們輸入電壓是5V,內(nèi)部的電路還要用到5V,這樣就有難度了,如果對(duì)電壓不敏感的,比如后級(jí)電路都要通過(guò)DCDC降壓,可以用肖特基二極管,壓降會(huì)小一點(diǎn)。還有一種是使用整流橋,即使極性接反也還能工作,缺點(diǎn)就是有兩個(gè)二極管的壓降。

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2、防反接保護(hù)(PMOS)

上面介紹了利用二極管防反接的辦法,但是壓降是痛點(diǎn),那么有沒(méi)有什么辦法可以去掉這個(gè)壓降呢,PMOS來(lái)了!

我們知道,PMOS在完全導(dǎo)通后,導(dǎo)通電阻是很小的,常規(guī)的幾百毫歐,有一些幾十毫歐, 我們這里在GS之間加了一個(gè)齊納二極管防止輸入電壓超過(guò)MOS的Vgs,Vgs額定值為20V,我們這里一般用10V的就能滿足了,具體根據(jù)MOS的實(shí)際特性進(jìn)行齊納二極管的選擇。

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原理分析:當(dāng)輸入端加正向電壓之后,比如+5V,D端電壓為5V,由于MOS管體二極管的存在,S端的電壓為4.3V,S端電壓減G端電壓大于開(kāi)啟電壓,PMOS導(dǎo)通后,寄生二極管短路,不再起作用; 電壓反接后,G端電壓大于S端電壓,不導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)了防反接的功能。

電路倒是簡(jiǎn)潔,但這個(gè)電路有個(gè)問(wèn)題,電路會(huì)倒流。假設(shè)右側(cè)的負(fù)載是一個(gè)電池,電壓為Vb,當(dāng)直流輸入突然斷開(kāi)時(shí),Q1的Vgs滿足MOS的導(dǎo)通條件,PMOS就會(huì)導(dǎo)通,電流從右側(cè)往左側(cè)倒流,就可能引發(fā)一些未知的故障。

雖然二極管沒(méi)有反向電流(嚴(yán)格意義上有漏電流),但是這個(gè)有反向電流,如果負(fù)載有大容量電容或者是電池, 輸入端關(guān)閉時(shí),電流會(huì)從右往左從負(fù)載端流出。當(dāng)然,簡(jiǎn)單的電路場(chǎng)合用這個(gè)電路也沒(méi)問(wèn)題。

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3、直流浪涌電流抑制開(kāi)關(guān)

此電路可以解決負(fù)載中有大容量電容,電源端出現(xiàn)巨大浪涌電流的問(wèn)題,啟動(dòng)時(shí)緩慢升高電壓以抑制上電時(shí)的浪涌電流。

電壓升高的時(shí)間由圖中的C1與R6決定,值增大,緩啟動(dòng)的時(shí)間變長(zhǎng),當(dāng)然,也可以按照第二點(diǎn)的方法,在GS間加入齊納二極管。

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如果不需要開(kāi)關(guān),可以去掉三極管部分即可,只做緩啟動(dòng)功能。

4、背靠背防倒灌

像第二點(diǎn)中的防反接保護(hù)電路中說(shuō)了,會(huì)有出現(xiàn)倒流的風(fēng)險(xiǎn),特別是負(fù)載端是電池或者有大容量電容時(shí),或者是電腦的USB給一些調(diào)試的同時(shí)外部還有電源,則會(huì)流向Vin測(cè), 進(jìn)而可能引發(fā)一系列的故障,那我們有沒(méi)有辦法防止倒灌呢?

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我們看上面這個(gè)電路,比上面的電路多了一個(gè)MOS,兩個(gè)MOS背靠背連接起來(lái),當(dāng)Control端ON/OFF為高電平時(shí),三極管Q9線導(dǎo)通,Q3跟Q4的柵極都被拉低到0V,Q3通過(guò)體二極管,符合條件先導(dǎo)通,接著Q4,S端電壓大于G端電壓,也符合導(dǎo)通條件,導(dǎo)通,負(fù)載端得到Vin電壓。

當(dāng)Control端為低電平時(shí),三極管Q9斷開(kāi),Q3與Q4不導(dǎo)通,完全關(guān)斷,并且Q3與Q4的體二極管是反向串聯(lián)的,所以不論哪個(gè)方向,都是不通的,達(dá)到防倒灌的效果。

這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是還需要一個(gè)IO來(lái)控制,略顯麻煩。圖片

5、雙三極管鏡像電路防倒灌(理想二極管)

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電路仿真結(jié)果:

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看著像鏡像,其實(shí)又不是,這個(gè)電路是怎么工作的?

左側(cè)Q6三極管,Vb = Vin - 0.65,右側(cè)Q7三極管是否導(dǎo)通,由Vb與Vout決定,Vb > Vout - 0.65,Q7關(guān)閉。

上述關(guān)系演變成,Vin - 0.65 > Vout - 0.65,則晶體管 Q7 關(guān)閉;

如果 Vin > Vout,晶體管 Q7 截止;

當(dāng)Vin輸入一定電壓,Q6飽和導(dǎo)通,Q7截止;MOS管柵極通過(guò)電阻接地,導(dǎo)通;

如果Vin被突然關(guān)閉,Vb不再受制于輸入電壓,此時(shí),Vb = Vout -0.65,Q7導(dǎo)通,MOS管G端電壓拉高,MOS管關(guān)閉,達(dá)到防止回流的效果。

Vin > Vout,MOS打開(kāi),Vout≈Vin,理想二極管;

Vin < Vout,MOS關(guān)閉,防止回流。

該電路的優(yōu)點(diǎn),防反接,輸出基本不損失電壓,不需要額外控制信號(hào),可以防止電流回流。


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