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硬件开发者之路之—保护电路系列之防反接

上一篇 / 下一篇  2018-07-31 23:15:00 / 个人分类:技术生涯

在硬件设计中,关于电路保护的部分是保证系统可靠性的重要一环,电路保护的设计具体也包括很多方面,比如:防反设计,过流保护,过压保护,欠压保护,过热保护等,还包括接口的一些电磁防护设计。今天来梳理一下相关的电路设计点。
先说说输入电源的防反接保护,这个在实际应用中很有用,因为电源插反的现象无论是生产还是应用都很常见。
一、我们的产品里用的最多的是利用二极管的单向导电性进行设计,这是最简单的一种方式。缺点也很明显,有PN结的压降,在大电流情况下功耗太大没法用。
二、利用二极管的单向导电性可以实现正负极兼容,这种特点是接反一样正常工作,但是缺点同上,两个二极管导致电压和功耗更大。
三、利用MOS管的低导通电阻特性是目前应用较多的方式。
MOS管这里有个问题是为何DS是反的,和正常使用时不一样。这里MOS管的防反接主要是寄生二极管在起作用。
NMOS的寄生结构:
所以工作过程是:上电时寄生二极管先导通,之后UGS大于开启电压,MOS管导通。
如果按照正常用法,我们看到寄生二极管在反接时导通了,没起到保护作用。
同理PMOS:
下面分析一下MOS的寄生二极管和DS电流问题。我们知道MOS管是单极子导通器件,通过沟道导通,应该说是不分DS的,事实上也不能说对。
这是NMOS的半导体结构,D和S是在P型的衬底上“挖”出来的,那么D和S到P衬底之间就有PN结,所以正常使用时我们必须把衬底接到低电位(PMOS是连接到高电位)避免寄生的PN结导通,S和B连接在一起,这样的话DS之间就有一个反接的二极管了。正常我们应用时D端电压为高压,UGS大于VTH导通,而保护电路里反接时寄生的MOS管起到了开启的作用,反正只要有合适的电压带来电场形成反型层沟道,MOS管就能通流工作。一般NMOS的导通电阻比PMOS小,所以用NMOS的较多。
实际应用时有很多变形方案,如添加稳压管保护MOS管栅极。
小结:保护电路简单但是比较重要,掌握几种设计原理和方法能够很好的提高电路系统的可靠性。

TAG: 电源 防反接 硬件开发

 

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