几种直流供电防反接保护电路的分析

王勤

摘要

本文给出了常见的几种直流防反接电路设计方案，并对每种电路进行原理分析和对比，对每种方案的优缺点作出了说明，最后对每种方案的适用场合给出了建议。

【关键词】防反接 二极管 MOS管 继电器

直流供电设备的输入反接保护有很多方式可以实现，比如选择具备防插错功能的接插件可以在结构设计层面避免反接，但在很多场合中还是在电路设计中加入防反接电路的更具有可行性。防反接电路必须具备电路简单可靠性高，成本低廉，本文对目前常用的几种防反接电路进行对比分析，对每种电路适用的场合作出了说明。

1 串联二极管防反接

在电路中串联二极管是最为简单可行的方法之一，此方法利用二极管的单相导通性实现电路的防反接，当输入接反时，电路不导通。在实际应用中，根据输入电压范围和额定电流选择合适的二极管，需要注意在电流较大的情况下二极管的功率和散热。例如，当电路额定电流为5A时，二极管的功耗为P=0.7*5=3.5瓦，就算选用压降为O.3 V的肖特基二极管功耗也有1.5瓦。

2 并联二极管防反接

此防反接电路采用了一个保险丝和一个反向并联的二极管，电源极性正确，电路正常工作时，由于负载的存在电流较小，二极管处于反向阻断状态，保险丝不会被熔断，如图1所示。

当电源接反时，二极管导通，此时的电流比较大，就会将保险丝熔断，从而切断电源的供给，起到保护负载的作用。在选择二极管时需要注意选择合适的反向耐压值。其优点是保险丝的压降很小，不存在发热问题，成本不高。但是一旦接反需要更换保险丝，操作比较麻烦。

3 整流桥防反接

在直流供电输入端加整流桥，输入的正负端接整流桥的两个AC端，整流桥的输出端再接入电路的输入端。在这种情况下，不论直流输入的正负如何接，经过整流桥后输出的电压极性都是正确的，电路都可以正常工作。但是电路中就会有两个二极管同时在工作，功耗为方案1的2倍，所以在选择整流桥时要注意电压和电流参数。

4 MOS管防反接

MOs管防反接保护电路利用MOs管的开关特性来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOS管的内阻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。极性反接将MOS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（如图3），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（如图2），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。

以内阻为10mΩ的MOS管为例，5A的电流，功耗为（5×5）×0.01=0.25W根本不用外加散热片，从而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。

5 继电器防反接

此方案将继电器的触点串联在电路中，继电器的线圈接控制电路，如图4所示。当电路通电时，经过控制电路检测电源极性正确时，才使线圈通电，继电器触电闭合，整个电路通电工作。其优点是导通阻抗小，但控制电路复杂，尤其是在大电流的情况下要注意控制继电器的拉弧现象，会影響继电器的寿命。

经过对以上几种防反接电路的分析，对各种方案的优劣进行了比较。在实际应用中，应根据设备的具体要求，综合考虑成本、可靠性和复杂程度等因素选择合适的防反接电路。

参考文献

[1]丘关源.电路[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]王齐浩.模拟电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]姚维，姚仲兴.电路分析原理（上册）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4]谢嘉奎，宣月清，冯军.电子电路：线性部分[M].北京：高等教育出版社，1999.

[5]MOON G W，YOUN M J.Start-up inrushcurrent elimination control of newpush-pull quantum series resonantrectifier[J].IEEE Trans on Power Electronics，1998，13（06）：995-1004.