深入浅出讲解：二极管防电源反接电路

使用新的电源，第一次给设备供电时，要特别注意电源的正负极性标注。

比如电源适配器，铭牌上面有标注插头的极性：

这个符号说明插头的里面是正极，外面是负极，即“内正外负”：

但是也有反过来的，下面这款是“内负外正”：

所以在给设备接入电源时，一定要注意区分正负极。不要像这位妹纸那样，正负反接，然后电路板冒烟，烧起的火花有时候可吓人了。

当然，如果运气好的话，电路板中有防电源反接电路，就不怕烧毁电路了！

最简单的防电源反接电路，就是加一个二极管：

1、当正常接入电源正负极时，二极管D1导通，电路负载正常工作。

2、当错误地将电源的正负极反接时，因具有单向导电性的二极管反向截止，电路不能从GND去到Vin形成回路，从而电路负载受到保护。

这种用二极管防电源反接的方案最简单，成本低。

选用的二极管，主要关注6个参数，下面以二极管1N5819的数据手册来举例。

某厂家的1N5819(不构成采购推荐哦)

下图是该厂家1N5819数据手册中的“Absolute Maximum Ratings”绝对最大额定值表格：

①、Peak Repetitive Peak Reverse Voltage：重复性峰值反向电压。这里最大能到40V。

②、RMS Reverse Voltage：反向有效值电压。反向电压的有效值不要超过28V，设计上这里要注意留余量，余量建议按80%设计，所以正负反接的电源，其电压不要超过 28 x 80% = 22.4V。

③、Average Rectified Rectified Current：应为Average Forward Rectified Current，平均正向整流电流。也就是二极管正向导通时，流过的平均电流，这里是1A。设计上要注意留余量，余量建议按80%设计，而且是让二极管正常工作时，常态流过的最大电流不要超过1 x 80% = 0.8A，瞬间峰值电流可以超过这个值。

④、Peak Forward Surge Current：峰值正向浪涌电流。关注下就好，这里最大能到40A，超过可能会损坏。

再来看"Electrical Characteristics"电气特性表格：

⑤、Forward voltage：正向电压。当二极管正向导通时，它的最大二极管压降是0.5V。这个参数要重点关注，因为二极管压降大了会导致后续电路过压过低。

⑥、Reverse voltage leakage：应为“电压反向时的漏电流”。当二极管加上反向电压时，会有漏电流。要注意验证你的电路是否可以承受这样大小的漏电流，否则要选用漏电流更小的二极管。

这个二极管防电源反接电路最大的优点是成本低，问题是：

如果要避免二极管压降、导通电流受限制的问题，那么可以采用以下的二极管防反接电路：

由于加入了保险丝F1，成本会上升一些。

电路分析：

1、当正常接入电源正负极时，二极管D1不导通，电路负载正常工作。

2、当错误地将电源的正负极反接时，二极管D1导通，将负载两端的反向电压钳位在二极管的导通压降（约0.7V），从而负载相当于被旁路保护。此时由于电流过大，保险丝很快会熔断，将电路断开。这个电路的保险丝可以选用自恢复保险丝。另外，需要注意负载能承受的最大反向电压，要大于二极管的正向导通压降。

3、二极管D1也可以使用稳压管二极管，这样当Vin虽然接入正极，但电压过高时，D1将反向击穿进入稳压状态，从而将负载两端的电压稳定在安全的范围，直到保险丝F1因电流过大而断开。

最后留一道思考题：

本文分享了两个“二极管防电源反接电路”，请大家思考一下：在这两个电路中，是否可以使用有极性的电容？

欢迎大家留言讨论！

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防反接保护电路

1、常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示：

这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管 MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。

2、另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W。

图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降

图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍

MOS管型防反接保护电路

图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在 MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。

具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示

图3. NMOS管型防反接保护电路

N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R1为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。正接时候，R1提供VGS电压，MOS饱和导通。反接的时候MOS不能导通，所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds（on）只有20mΩ实际损耗很小，2A的电流，功耗为（2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散热片。解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

VZ1为稳压管防止栅源电压过高击穿mos管。NMOS管的导通电阻比PMOS的小，最好选NMOS。

NMOS管接在电源的负极，栅极高电平导通。

PMOS管接在电源的正极，栅极低电平导通。

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