反向電壓極性保護電路

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電壓反接保護（Reverse Voltage Protect, RVP）電路主要用在需要直流電壓供電電源的輸入端，用於防止輸入電壓極性反接而造成電路系統元器件的損壞，甚至事故！

大多數電路系統都需要極性正確的直流電壓進行供電才能夠正常地工作，如果電壓極性一旦反接，則很有可能損壞內部電路元器件，因為很多元器件不能夠承受過大的反向電壓。

比如，鋁電解電容都是有極性的，而它可以承受的最大反向電壓很小，如下圖所示：（來自VISHAY 鋁電解電容038 RSU資料手冊）

鋁電解電容強行施加反向電壓，將出現電流大，發熱等現象，嚴重者可能發生爆炸（Boom）

大多數整合晶片的反向耐壓也不高，我們看看微控制器的資料手冊，如下圖所示：（來自STM32微控制器資料手冊）

因此，對於大多數電路系統而言，特別是內部有較昂貴的元器件時，或價值較高的電路系統，新增一個電壓極性保護電路還是必要的，下面我們介紹一些常用的RVP電路。

最簡單的RVP電路就是：使用一個二極體串聯在輸入直流電源線路上。其優點就是簡單，缺點是二極體有一定的壓降，不適合輸入電壓比較低的應用場合，而且電流很大時損耗也很大（發熱），另外，輸入電壓反接時，由於二極體是截止的，電路系統是不工作的，如下圖所示:

如果需要在極性反接的情況下，電路系統也能夠正常工作，可以使用全橋橋堆連線方法，如下圖所示：

它的缺點是損耗比單個二極體RVP電路更大（兩個二極體壓降損耗），但帶來的好處是無論輸入電壓是正向或反向，電路系統都能夠正常工作。

有些廠家為了簡化保護電路並降低二極體的損耗，直接在電路系統的輸入直流供電電源兩端反向並聯一個二極體，如下圖所示：

這樣當外接電源反接時，二極體就被擊穿了，從而保護電路模組中更為貴重的元器件，而二極體的成本還不到一毛錢，維修的時候直接更換一個就可以，典型的“丟卒保車”的做法；

當然，你也可以在二極體前面再串一個熔斷型保險絲，如下圖所示：

當輸入電壓極性反向時，保險絲將會熔斷，你只需要換一個保險絲即可，甚至都不需要拿鉻鐵來進行維修。

對保護電路要求更高的場合，我們還可以使用如下圖所示的增強型NMOS管保護電路：

當輸入電壓極性正確時，NMOS的寄生二極體將先一步導通，這樣NMOS管的柵-源電壓VGS約為輸入電壓（小一個二極體壓降），如下圖所示：

此時二極體是有一定壓降的（有損耗），但VGS使NMOS管導通後將寄生二極體短路，此時電流將從NMOS管溝道流過，如下圖所示：

現在的NMOS管導通電阻可以做到毫歐姆級別，因此損耗將非常低，而當電源極性反接時，寄生二極體因反向偏置而截止，由於柵-源電壓VGS不滿足條件，NMOS管也是截止的，電路系統將不予工作，如下圖所示：

上述電路僅適合輸入電壓不高於NMOS管柵-源電壓（典型值不超過12V）的場合，否則將可能損壞MOS管，這時我們需要新增一些附屬電路，比如電阻分壓電路，如下圖所示：

當然，如果你擔心輸入電壓波動太大（從而分壓過大），而且荷包也足夠飽滿的話，也可以加個穩壓二極體，如下圖所示：

用PMOS管也可以實現這個功能，如下圖所示：

它的分析原理與NMOS管完全一致，針對輸入電壓大於PMOS柵-源電壓的場合，其附屬電路與PMOS管也是一樣的，本文不再贅述。

當然，NMOS管的導通電阻比PMOS管小（參考文章“場效電晶體（4）PMOS與NMOS溝道導通電阻”），在適當的場合可以考慮這一點