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      如何保護你的系統不受反向電流的影響?

      發布時間:2018-05-29 責任編輯:lina

      【導讀】在使用電子元器件時,你有時候不可避免地會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了高反向偏置電壓,系統中的電流以相反的方向運行;從輸出到輸入。幸運的是,有很多方法可以保護你的系統不受反向電流的影響。這是反向電流保護系列博文的第一篇文章,在這篇文章中,你將能夠對現有解決方案有高層次的總體認識和了解。


      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,從而使電流在系統中的流動方向與你希望的流動方向相反。圖1中顯示了這個情況。
       
       
      圖1:反向電流
       
      VIN 由于功率損耗突然變為零,使得系統輸出上的電壓高于輸入電壓,這種情況是有可能發生的。或者是電源MUXing意外地導致了一個反向電壓事件。
       
      如何防止?
       
      反向電流有可能損壞內部電路和電池等電源。事實上,甚至是電纜都有可能被損壞,連接器的性能也會被降低。這也是器件著火的原因,就是因為大電流導致功率耗散呈指數級別的上升。
       
      保護功能需要將反向電流保持在非常低的水平上。這意味著對于反向電壓的限制。有三種常用的方法可以防止反向電流:設計一個使用二極管、FET或負載開關的系統。
       
      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、低電流應用。然而,如果你曾經使用過二極管的話,你一定非常熟悉它所導致的正向壓降,而這會縮短電池使用壽命,并且使VCC(通常情況下)大約下降0.6-0.8V。這個壓降會降低電源電路的效率,并且增加系統的總體功率耗散。
       
      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,而這會導致系統問題。圖2顯示的是系統中的一個用來阻斷反向電流的二極管。
       
       
      圖2:二極管反向電流保護
       
      FET
       
      由于其低正向電壓和高電流處理能力,FET會在你必須保持較低功率耗散時提供幫助。對于一個放置在接地路徑中的N類型金屬氧化物半導體 (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,當電池安裝正確時,柵極電壓為高電平,它的通道短接至地。
       
      為了在FET關閉時阻斷兩個方向上的電流,你還可以將FET背靠背連接。與二極管解決方案相比,電源到負載的壓降更低,不過這種實現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實現的反向電流阻斷

      負載開關
       
      TI負載開關是用來接通和關閉電源軌的集成電子中繼器。大多數基本負載開關采用小型集成封裝,由四個引腳組成: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。圖4顯示了一個用來阻斷反向電流的負載開關。
       
       
      圖4:負載開關反向電流保護
       
      例如,德州儀器 (TI) 的TPS22963 3A負載開關集成了反向電流保護以及更多其它功能,這些功能全都包含在一個1.4mm x .9mm的封裝內。圖5顯示的是TPS22963在系統中的常見放置位置。
       
       
      圖5:TPS22963負載開關
       
      有數個原因會導致反向電流,VIN的突然損耗,或者是電源MUXing中的突發事件。這會導致系統損壞,甚至會損壞電源。TI負載開關可以成為管理反向電流的一個尺寸、成本都很合適的解決方案。



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