【经验】简单多用P+N双MOS管让您最低成本实现防接反保护

时间： 2017-01-01 来源：世强

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电力电子功率器件,电力电子功率模块,CTLDM7181-M832D,Central Semiconductor

【摘要】为了防止因极性接反而造成不可预知的危险，在电路设计时，需加入防接反电路。而需解决压降、功耗以及操作复杂等问题，可采用两个N+P型MOS管CTLDM7181-M832D组成的极性反转电路，其不仅大大降低了压降和损耗、极小的封装节省了成本，还能实现极性反转。

在生产需要焊接锂电池的电路板中，常常会由于操作员的粗心大意而造成极性接反，轻则损坏电路板，重则产生锂电自燃，造成不可预知的危险。预防这种现象产生，还是要从设计源头去避免，这时候防接反电路的好处就显现出来了。

图1中，利用二极管单向导电特性来实现防接反保护。输入端正向连接时，二极管处于反接状态，后级电源输出正常；当输入端反向连接时，二极管导通，后级输出电压钳位在0.7V左右，当电流超过保险丝熔断值时，保险丝熔断，后级电压断开。

图1：利用二极管单向导电特性来实现的防接反保护电路

这个电路看起来非常简单，都是一些常见的器件。但是反接后电流急剧上升，造成保险丝熔断，需要重新正确连接和更换保险丝，不但操作复杂，而且成本比较高。

图2是根据图1改进后的电路，具有防接反和极性反转的作用。当①接电源正，②接电源负时，D2和D3导通，③为电源正，④为电源负；当②接电源正，①接电源负时，D1和D4导通，③为电源正，④为电源负。所以无论输入怎么接，输出始终是③为正，④为负，但该电路在工作时，始终有两个二极管导通，总压降有1.8V/500mA（以图2中二极管参数为例），压降损耗达到了0.9W，在电池供电的电路中使用极为浪费。

图2：具有防接反和极性反转作用的保护电路

鉴于以上两种电路都存在一定的缺点，为了解决压降、功耗以及操作复杂等问题，我们可以引入MOS管做防反接电路保护。图3是两个N+P型MOS管组成的极性反转电路，使用的是Central公司的P+N双MOS管CTLDM7181-M832D。假设电池电压为3v，当B1接电池正极Vbat+，B2接负极Vbat-时，右边P管由于体二极管的存在，S2电压约为2.5v，此时Vgs为-2.5v。根据数据手册可知，该P管的开启电压典型值为-0.76v，此时右上角的P管D2-S2导通，P+为电池Vbat+，电压为3v。同理分析可知，左下角的N管S1-D1导通，P-为电池负极Vbat-。

当B2接电池正极Vbat+，B1接负极Vbat-时，同理分析可知，左上角的P管D2-S2导通，P+为Vbat+，电压为3v；右下角N管S1-D1导通，P-为Vbat-。

图3：由N+P型MOS管组成的极性反转电路

通过以上分析可知，无论电池与B1、B2怎么连接，P+始终为电池正极，P-始终为电池负极。实际上，由于MOS管的导通电阻存在，P+和P-的电压并不完成等于B1和B2的电压，根据CTLDM7181-M832D的数据手册可知（图4），在电流为500mA时，N管导通电阻典型值为0.1Ω，P管为0.13Ω，计算可得P和N导通后压降为V=（0.1+0.13）*0.5A=0.115v，损耗为P=0.115*0.5=0.0575w，大大降低了压降和损耗。

图4：CTLDM7181-M832D的功能特性

因此，两个CTLDM7181-M832D构成的防反接电路不仅能预防人为接反电池的情况发生，还能实现极性反转，就算电池接反也能照常工作。除此之外，CTLDM7181-M832D极小的封装（2.9*1.9*0.8mm）大大缩小了PCB的占用面积，节省了成本。

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全部评论（274）

liuxj Lv6 高级专家 2018-12-24

PCB设计时，晶振布局布线有什么要求
- 郭攻城狮回复：晶振布线尽量靠近CPU管脚，无源的话，建议加2个pF级别电容辅助起振，另外管脚可以用地平面包围
  查看全部7条回复
plhust Lv7. 资深专家 2020-08-21

学习下
文宣 Lv7. 资深专家 2019-01-21

学习了
大伟 Lv5. 技术专家 2019-01-19

学习了，正好用。
MangoHoHo Lv7. 资深专家 2019-01-19

学习了

solomon Lv8. 研究员 2019-01-16

学习一下
WallE Lv7. 资深专家 2019-01-16

就怕接反了
火辣辣的笑笑 Lv4. 资深工程师 2019-01-16

不错的参考设计
大方 Lv7. 资深专家 2019-01-15

学习
ScLy Lv3. 高级工程师 2019-01-15

学习了

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