防止電源正負(fù)極接反的方法

1、介紹

電源的輸入部分，為了防止誤操作，將電源的正負(fù)極接反，對(duì)電路造成損壞，一般會(huì)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，如采用保險(xiǎn)絲，二極管，MOS管等方式，這里就稍微做一下梳理總結(jié)。

2、方式:

2.1 二極管防反接

采用二極管進(jìn)行保護(hù)，電路簡(jiǎn)單，成本低，占用空間小。但是二極管的PN結(jié)在導(dǎo)通時(shí)，存在一個(gè) <= 0.7V的壓降，對(duì)電路造成不必要的損耗，比如對(duì)電池供電的系統(tǒng)，電流較大的電路都會(huì)造成比較明顯的影響（電路中，功耗，發(fā)熱都是不可忽略的問題）。

2.2 保險(xiǎn)絲防護(hù)

很多常見的電子產(chǎn)品，拆開之后都可以看到電源部分加了保險(xiǎn)絲，在電源接反，電路中存在短路的時(shí)候由于大電流，進(jìn)而將保險(xiǎn)絲熔斷，起到保護(hù)電路的作用，但這種方式修理更換比較麻煩。

2.3 MOS管防護(hù)

MOS管因工藝提升，自身性質(zhì)等因素，其導(dǎo)通內(nèi)阻技校，很多都是毫歐級(jí)，甚至更小，這樣對(duì)電路的壓降，功耗造成的損失特別小，甚至可以忽略不計(jì)，所以選擇MOS管對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)是比較推薦的方式。

2.3.1 NMOS防護(hù)

如下圖：上電瞬間，MOS管的寄生二極管導(dǎo)通，系統(tǒng)形成回路，源極S的電位大約為0.6V，而柵極G的電位為Vbat，MOS管的開啟電壓極為：Ugs = Vbat - Vs，柵極表現(xiàn)為高電平，NMOS的ds導(dǎo)通，寄生二極管被短路，系統(tǒng)通過NMOS的ds接入形成回路。

若電源接反，NMOS的導(dǎo)通電壓為0，NMOS截止，寄生二極管反接，電路是斷開的，從而形成保護(hù)。

2.3.2 PMOS防護(hù)

如下圖：上電瞬間，MOS管的寄生二極管導(dǎo)通，系統(tǒng)形成回路，源極S的電位大約為Vbat-0.6V，而柵極G的電位為0，MOS管的開啟電壓極為：Ugs = 0 -（Vbat-0.6），柵極表現(xiàn)為低電平，PMOS的ds導(dǎo)通，寄生二極管被短路，系統(tǒng)通過PMOS的ds接入形成回路。

若電源接反，NMOS的導(dǎo)通電壓大于0，PMOS截止，寄生二極管反接，電路是斷開的，從而形成保護(hù)。

注：NMOS管將ds串到負(fù)極，PMOS管ds串到正極，寄生二極管方向朝向正確連接的電流方向；

MOS管的D極和S極的接入：通常使用N溝道的MOS管時(shí)，一般是電流由D極進(jìn)入而從S極流出，PMOS則S進(jìn)D出，應(yīng)用在這個(gè)電路中時(shí)則正好相反，通過寄生二極管的導(dǎo)通來滿足MOS管導(dǎo)通的電壓條件。MOS管只要在G和S極之間建立一個(gè)合適的電壓就會(huì)完全導(dǎo)通。導(dǎo)通之后D和S之間就像是一個(gè)開關(guān)閉合了，電流是從D到S或S到D都一樣的電阻。

實(shí)際應(yīng)用中，G極一般串接一個(gè)電阻，為了防止MOS管被擊穿，也可以加上穩(wěn)壓二極管。并聯(lián)在分壓電阻上的電容，有一個(gè)軟啟動(dòng)的作用。在電流開始流過的瞬間，電容充電，G極的電壓逐步建立起來。

對(duì)于PMOS，相比NOMS導(dǎo)通需要Vgs大于閾值電壓，由于其開啟電壓可以為0，DS之間的壓差不大，比NMOS更具有優(yōu)勢(shì)。

USB與電池切換設(shè)計(jì)：

當(dāng)USB供電時(shí)，PMOS截止，通過二極管輸入系統(tǒng)；當(dāng)電池供電時(shí)，PMOS導(dǎo)通，下拉電阻的作用是將柵極電位穩(wěn)定的拉低，確保PMOS正常開啟，防止柵極高阻抗帶來的隱患。

通過MCU的IO控制輸入—>輸出：

R3確保柵極電流不至于太大，R2上拉，截止PMOS，IO輸出控制時(shí)，穩(wěn)定為低，開啟PMOS。