反极性保护电路

电池是向电子电路提供电压的最方便的电源。有许多其他方式可以为电子设备供电，如适配器、太阳能电池等，但最常见的直流电源是电池。一般来说，所有设备都配有反极性保护电路但是，如果你有任何电池供电的设备，没有反极性保护，那么在更换电池时一定要小心，否则可能会烧坏设备。

所以，在这种情况下反极性保护电路将是对电路的有益补充。有一些简单的方法可以保护电路不受反极性连接的影响，例如使用二极管或二极管桥，或者使用P沟道MOSFET作为高侧的开关。

 

使用二极管的反极性保护

使用二极管是反极性保护最简单、最便宜的方法，但它有一个问题电力泄漏当输入电源电压高时，小的电压降可能无关紧要，特别是当电流低时。但在低压操作系统的情况下，即使是少量的电压降也是不可接受的。

正如我们所知，通用二极管两端的电压降为0.7V，因此我们可以通过使用肖特基二极管来限制这种电压降，因为它的电压降约为0.3V至0.4V，并且它还可以承受高电流负载。选择肖特基二极管时要注意，因为很多肖特基二极管都有高反向电流泄漏，所以一定要选择反向电流低（小于100uA）的二极管。

在4安培时，电路中肖特基二极管的功率损耗为：

4 x 0.4瓦=1.6瓦

而在普通二极管中：

4 x 0.7=2.8瓦。

 

你甚至可以使用全桥整流器用于反极性保护，因为它与极性无关。但桥式整流器由四个二极管组成，因此功率浪费量将是上述单二极管电路功率浪费的两倍。

 

使用P沟道MOSFET的反向极性保护

使用P沟道MOSFET进行反向极性保护比其他方法更可靠，因为它具有低电压降和高电流能力。该电路由P沟道MOSFET、齐纳二极管和下拉电阻器组成。如果电源电压低于P沟道MOSFET的栅极到源极电压（Vgs），那么您只需要不带二极管或电阻器的MOSFET。你只需要把MOSFET的栅极端子连接到地上。

现在，如果电源电压大于Vgs，则必须降低栅极端子和源极之间的电压。制造电路硬件所需的部件如下所述。

 

所需材料

• FQP47P06 P沟道MOSFET
• 电阻器（100k）
• 9.1V齐纳二极管
• 面包板
• 连接导线

 

电路图

 

P沟道MOSFET反极性保护电路的工作

现在，当你按照电路图以正确的极性连接电池时，它会导致晶体管导通，并允许电流流过。如果电池反向连接或极性反向连接，那么晶体管就会关闭，电路就会受到保护。

这种保护电路比其他保护电路更有效。让我们分析一下电路当电池连接正确时，P沟道MOSFET将导通，因为栅极和源极之间的电压为负。求栅极和源极之间电压的公式为：

Vgs=（Vg-Vs）

 

当电池连接不正确时，栅极端子处的电压将为正，并且我们知道P沟道MOSFET仅在栅极端子处电压为负时导通（该MOSFET的最小值为-2.0V或更低）。因此，每当电池反向连接时，电路都会受到MOSFET的保护。

 

现在，让我们谈谈电路中的功率损耗，当晶体管导通时，漏极和源极之间的电阻几乎可以忽略不计，但更准确地说，您可以查看P沟道MOSFET的数据表。对于FQP47P06 P沟道MOSFET，静态漏极-源极导通电阻（R<sub>DS（打开）)为0.026Ω（最大值）。因此，我们可以计算电路中的功率损耗，如下所示：

功率损耗=I2.R

 

让我们假设流经晶体管的电流是1A。因此，电力损失

功率损耗=I2.R=（1A）2.*0.026Ω = 0.026瓦

 

因此，功率损耗大约是使用单个二极管的电路的27倍。这就是为什么使用P沟道MOSFET进行反向极性保护要比其他方法好得多。它比二极管稍微贵一点，但它使保护电路更加安全和高效。

我们还在电路中使用了齐纳二极管和电阻器，以防止超过栅极到源极电压。通过添加9.1V的电阻器和齐纳二极管，我们可以将栅极-源极电压箝位到最大负9.1V，因此晶体管保持安全。