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如何保護(hù)你的系統(tǒng)不受反向電流的影響?
發(fā)布時(shí)間:2018-05-29 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在使用電子元器件時(shí),你有時(shí)候不可避免地會(huì)聞到明顯是芯片燒焦的味道。這都是反向電流惹的禍。反向電流就是由于出現(xiàn)了高反向偏置電壓,系統(tǒng)中的電流以相反的方向運(yùn)行;從輸出到輸入。幸運(yùn)的是,有很多方法可以保護(hù)你的系統(tǒng)不受反向電流的影響。這是反向電流保護(hù)系列博文的第一篇文章,在這篇文章中,你將能夠?qū)ΜF(xiàn)有解決方案有高層次的總體認(rèn)識(shí)和了解。
原因
反向電流的最常見原因,即反向偏置電壓,就是輸出上的電壓要高于輸入上的電壓,從而使電流在系統(tǒng)中的流動(dòng)方向與你希望的流動(dòng)方向相反。圖1中顯示了這個(gè)情況。
圖1:反向電流
VIN 由于功率損耗突然變?yōu)榱?,使得系統(tǒng)輸出上的電壓高于輸入電壓,這種情況是有可能發(fā)生的。或者是電源MUXing意外地導(dǎo)致了一個(gè)反向電壓事件。
如何防止?
反向電流有可能損壞內(nèi)部電路和電池等電源。事實(shí)上,甚至是電纜都有可能被損壞,連接器的性能也會(huì)被降低。這也是器件著火的原因,就是因?yàn)榇箅娏鲗?dǎo)致功率耗散呈指數(shù)級(jí)別的上升。
保護(hù)功能需要將反向電流保持在非常低的水平上。這意味著對(duì)于反向電壓的限制。有三種常用的方法可以防止反向電流:設(shè)計(jì)一個(gè)使用二極管、FET或負(fù)載開關(guān)的系統(tǒng)。
二極管
二極管與FET相比,它的成本更低,更易于集成。它們非常適合于高壓、低電流應(yīng)用。然而,如果你曾經(jīng)使用過二極管的話,你一定非常熟悉它所導(dǎo)致的正向壓降,而這會(huì)縮短電池使用壽命,并且使VCC(通常情況下)大約下降0.6-0.8V。這個(gè)壓降會(huì)降低電源電路的效率,并且增加系統(tǒng)的總體功率耗散。
基于這些原因,肖特基二極管是常見的替代器件;它們的正向壓降更低。不過,它們也更加昂貴,且具有更高的反向電流泄露,而這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)問題。圖2顯示的是系統(tǒng)中的一個(gè)用來阻斷反向電流的二極管。
圖2:二極管反向電流保護(hù)
FET
由于其低正向電壓和高電流處理能力,F(xiàn)ET會(huì)在你必須保持較低功率耗散時(shí)提供幫助。對(duì)于一個(gè)放置在接地路徑中的N類型金屬氧化物半導(dǎo)體 (NMOS) FET來說,你使體二極管的方向與正常電流流向保持一致。通過使用這種方法,如果有人錯(cuò)誤地安裝了電池,柵極電壓為低電平,這就防止了FET接通。然而,當(dāng)電池安裝正確時(shí),柵極電壓為高電平,它的通道短接至地。
為了在FET關(guān)閉時(shí)阻斷兩個(gè)方向上的電流,你還可以將FET背靠背連接。與二極管解決方案相比,電源到負(fù)載的壓降更低,不過這種實(shí)現(xiàn)方式占用了大量的電路板面積。圖3顯示了用來阻斷反向電流的背靠背FET示例。
圖3:用雙FET實(shí)現(xiàn)的反向電流阻斷
負(fù)載開關(guān)
TI負(fù)載開關(guān)是用來接通和關(guān)閉電源軌的集成電子中繼器。大多數(shù)基本負(fù)載開關(guān)采用小型集成封裝,由四個(gè)引腳組成:輸入電壓、輸出電壓、使能、和接地,并且包含多重特性,其中有反向電流保護(hù)。圖4顯示了一個(gè)用來阻斷反向電流的負(fù)載開關(guān)。
圖4:負(fù)載開關(guān)反向電流保護(hù)
例如,德州儀器 (TI) 的TPS22963 3A負(fù)載開關(guān)集成了反向電流保護(hù)以及更多其它功能,這些功能全都包含在一個(gè)1.4mm x .9mm的封裝內(nèi)。圖5顯示的是TPS22963在系統(tǒng)中的常見放置位置。
圖5:TPS22963負(fù)載開關(guān)
有數(shù)個(gè)原因會(huì)導(dǎo)致反向電流,VIN的突然損耗,或者是電源MUXing中的突發(fā)事件。這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞,甚至?xí)p壞電源。TI負(fù)載開關(guān)可以成為管理反向電流的一個(gè)尺寸、成本都很合適的解決方案。
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