防反接电路与MOS管防反接深入解析

2023-12-21 08:44
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本文主要是介绍防反接电路与MOS管防反接深入解析,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一、经典防反接电路

1、二极管防反接

这种电路使用一个二极管将电源的正极与负极相连,当电源的极性正确时,二极管处于正向导通状态,电流可以正常流过;而当电源的极性反接时,二极管处于反向截止状态,电流无法通过,从而起到了防反接的作用。
缺点:利用二极管的单向导电性实现电源防反接,但电路经过二极管后会有压降,拉低负载电路电压。
在这里插入图片描述

2、整流桥防反接保护电路:

这种电路使用了一个整流桥,它由4个二极管组成,可以将电源的正负极性自动纠正。当电源的极性正确时,整流桥的输出与电源的输出相同;而当电源的极性反接时,整流桥会自动将电源的正负极性进行调换,从而实现了防反接的功能。
缺点:产生两个二极管的压降,拉低负载电路电压。
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3、PMOS管防反接

这种电路使用了一个PMOS管作为开关,当电源的极性正确时,MOS管处于导通状态,电流可以正常流过;而当电源的极性反接时,MOS管处于截止状态,电流无法通过,从而实现了防反接的作用。
优点:MOS管导通电阻非常小,因此导通压降可以忽略不计。
区别:在正常的MOS管应用电路中VDS<0,但此处VDS>0。下面会进行详细解释。
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4、保险丝+稳压管防反接

这种电路使用了一个保险丝+稳压管,当电源的极性正确时,保险丝处于正常工作状态;而当电源的极性反接时,稳压管反向导通,保险丝会熔断,切断电路,从而保护后级电路的安全运行。
优点:既能防止反接,还能防止过压和过流。
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二、MOS管防反接电路详解

1、如下图所示为:VDS<0的MOS管防反接电路。

在这里插入图片描述
电源正接时,PMOS的寄生二极管是截止的。
VS=5v,VG=0V,VGS=0-5V=-5V<-VGS(th) PMOS导通
电源反接时,寄生二极管会导通,电源与负载电路未完全断开,因此不可靠。

2、如下图所示为:VDS>0的MOS管防反接电路。

在这里插入图片描述
VS=5v-0.7=4.3V,VG=0V,VGS=0-4.3V=-4.3V<-VGS(th) PMOS导通
电源反接时寄生二极管和MOS管都断开,电源与负载电路断开,可靠

三、MOS管寄生电容与GS端的串并联电阻

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寄生电容

上图中的C(GD) C(GS) C(DS)为二极管的寄生电容。
寄生电容是指电感,电阻,芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。
一个电阻等效于一个电容,一个电感,一个电阻的串联,低频情况下表现不明显,而高频情况下,等效值会增大。
MOS管经常被要求数十K乃至数M的开关频率,频率越高,交流成分越大,寄生电容就能通过交流电流的形式通过电流,形成栅极电流。消耗的电能、产生的热量不可忽视。
在这里插入图片描述
MOS管的寄生电容是指由于MOS管的结构和构造而产生的电容。它主要包括输入电容(Ciss)、输出电容(Coss)和反向传输电容(Crss)三个参数。
输入电容(Ciss)是指当MOS管的输入端施加一个信号时,所需要的电荷量。它由MOS管的栅极和源极之间的电容以及栅极和漏极之间的电容组成。
输出电容(Coss)是指当MOS管的输出端施加一个信号时,所需要的电荷量。它由MOS管的漏极和源极之间的电容以及栅极和漏极之间的电容组成。
反向传输电容(Crss)是指当MOS管的栅极施加一个信号时,所需要的电荷量。它由MOS管的栅极和漏极之间的电容组成。
这些寄生电容会影响到MOS管的开关速度和性能。在使用MOS管构建电路时,我们需要考虑到这些寄生电容的存在,以免与外部电路冲突,并确保电路的正常运行

GS间的并联电阻

1、泄放电阻、释放寄生电容Cgs的电流。
2、保证MOS管有效关断,当G级开路时,DS端的电压会给C(GD)充电,导致G级电压升高,MOS不能有效关断。
有并联电阻后,G级开路,则GS端等电位,保证了MOS管的有效关断。

G级串联电阻

1、减小电流,G级串联电阻,与 Ciss(Ciss = Cgd+Cgs)形成一个RC充放电电路,可以减小瞬间电流值。
2、减小振荡,MOS管接入电路,也会有引线产生的寄生电感的存在,与寄生电容一起,形成LC振荡电路。
对于开关方波波形,是有很多频率成分存在的,那么很可能与谐振频率相同或者相近,形成串联谐振电路。
串联一个电阻,可以减小振荡电路的Q值,是振荡快速衰减,不至于引起电路故障。

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