只需是电池供电的体系,就一向存在这个问题:您过错装入电池,将正负极装反,发生反向极性事情。体系暂时呈现毛病或永久损坏。
规划为合适其装置的体系的定制电池有助于最大程度削减不正确刺进和反向极性的时机,但像AAA型、AA型、C型以及D型单体电池等经过查验而牢靠的现成电池,乃至CR123、CR2和钮扣锂电池也很简略出毛病。
曩昔,规划人员运用机械结构来避免与电池端子的电气触摸(假如未正确刺进电池)。但机械解决计划远不完美。它们一般需求进行特别加工,由于绷簧触点需求操控杰出的机械组件容差,以保证正确刺进电池时触摸杰出,但未正确刺进不触摸。这些狭小容差可导致长时刻安稳性问题,由于必需运用的绷簧和触点或许曲折或呈现毛病。即使是正常运用,循环往复的正常刺进,也或许导致触摸疲惫,并且跟着时刻的推移,约束了牢靠性。
但虽然有这些约束,机械解决计划一向存在,由于它们是规划人员可用于避免不正确电池装置的仅有实践计划。规划为避免由反相电池导致的反向极性事情的电气解决计划一向存有争议。
由于正常操作过程中的压降,一般不挑选运用串联二极管。运用二极管接地设置也不是一个很好的主见,由于反向极性事情或许导致电池危险放电持续很长时刻并使二极管过热。
分立式MOSFET需求杂乱的结构,并且或许未经过优化或特定用于以避免反向极性。在反向极性事情过程中评价功用的要害标准或许丢掉,并且这或许使规划人员不得不从数据表上的功用特性得出估计值并猜想安全作业时刻期,令人担忧。并且,依据MOSFET的运用办法,它们或许需求一个操控器或其他本钱昂扬的功用。
多功用IC有时配备有可避免反向极性的电路,这一般显着添加了电路的杂乱性,由于它们可以在正偏压环境中作业,然后在反向极性形式中作业或不被损坏。因而,多功用IC带来了巨大的功用和/或本钱价值。由于性价比权衡,典型施行具有相对有限的反向偏压功用(-2V或-6V)。
专用反极性维护器材是避免过错刺进电池的有用办法
但是最近,专用反向极性维护器材的呈现为规划人员供给了更可行的电气可选计划。专用器材(如由飞兆供给的器材)代表的是可避免反向极性且性价比和功用最高的办法之一,是电池供电体系的极佳挑选。
图1.显现的是运用专用器材避免反向极性的电路。
图1:运用专用器材避免反向极性
此简略设置供给持续牢靠的维护。规划需求极小的PCB空间,最大程度地削减了电压损耗,并在反向偏压条件下快速有用地进行呼应。
全体本钱也不错。串联肖特基二极管一般比专用反向极性维护器材更廉价,但一旦作业电流开端增大,根据肖特基办法的总本钱也就开端上扬。出于性价比权衡,专用反向极性维护器材很或许成为最具吸引力的电子办法。
人们会持续在电池上犯些过错,但规划人员避免小意外的办法也很有或许会改动。考虑全面后,专用反向极性维护器材跟着时刻的推移或许会彻底替代杂乱的机械解决计划。
反极性构成原因及对此可采纳的办法
没有人期望他们的体系呈现毛病,乃至更严峻的起火燃烧。但假如答应反向极性进行损坏,就或许会发生上述状况。
反向极性是稳态反向偏压或负瞬态的成果。这是一种危险的电气状况,一旦体系出厂即很难避免。
反向极性危险是各种常见运用中的实践要挟,包含移动电子、电池供电体系、衔接至轿车电源的器材、直流供电的玩具、具有桶插孔衔接器的产品,或任何饱尝负电压热插拔或电感瞬变的DC器材。支撑USB衔接和/或USB充电的体系特别易受影响。
下面是反向极性的一些最常见原因:
●运用第三方出产的售后商场充电器或电源
第三方充电器的商场日益增长,但并非一切充电器都规划都具有反向极性防护。在某些状况下,充电器具有反向电气触点或许极性可由用户设置,这就为犯错留下了空间。
●运用USB的”热插拔”功用
总线处于带电状况时能方便地衔接或断连移动设备意味着”热插拔”操作正在添加,热插拔瞬变的起伏也是如此。这些电感瞬变可将总线摇摆至反向极性条件。虽然这些摇摆的时刻往往很短,但起伏很大。超越±20V的电压轨摆幅已在”热插拔”操作中测量到。此瞬变对断开衔接的器材和电压轨上的其他器材都或许会发生影响。当充电电流增大时,此问题只会更严峻。
●运用未正确刺进的电池
电池供电的体系或许呈现毛病,这是由于电池未正确刺进,其正负极插反。关于AAA型、AA型、C型以及D型单体电池、或CR123、CR2或钮扣锂电池等运用传统外形尺寸的器材来说特别如此。假如正确刺进电池,机械解决计划可避免与电池端子的电气触摸,但这些解决计划需求自定义模制并可饱尝一段时刻后的触摸疲惫。
●开展我国家中墙面插头的运用
世界上还有一些当地的电力基础设施具有较少的维护要求,因而,电源可在线路上向下传输大电压瞬变。室内布线使状况变得更糟。曩昔,传统白炽灯能有助于吸收和按捺电源线上的瞬态能量,但像LED和CFL等新类型产品没有相同的按捺特性。经过移动至LED和CFL的节能作业或许发生从未遇到过的问题。
●将器材刺进轿车(或飞机、火车等)的电源
在许多状况下,交通供电中的电源适配器包含反向极性维护,但也有破例,特别是在低本钱替代产品中。不知情的用户仅仅将器材刺进轿车的打火机插孔中就或许导致反向极性事情,由于他没有意识到打火机插孔可导致器材毛病。
由于有太多办法可触发反向极性事情,规划人员必须尽其所能在体系出厂前避免反向极性避免形成损坏。
小于100mA体系中反极性的最佳维护办法
低电流体系-即作业电流低于100mA或200mA的体系-包含各种运用,从安全体系和火灾报警器到适用于楼宇自动化、公共地址和数据网络的体系。
其间包含许多不同的作业环境,规划人员无法一直猜测其体系将以何种办法在何处运用。依据具体状况,体系或许露出于稳态反向偏压或负瞬变等不良电气条件下,这或许导致反向极性事情并损坏体系。
成果或许好像电气毛病那么简略,但假如状况很严峻,则或许导致火灾。因而,规划人员添加电路来避免反向极性带来的负面效应并不稀有。
有多种办法可完成这一点,但关于低电流运用,其功率一般较少成为问题。只需体系可耐受功耗并且作业电压压降与各办法相相关,即可运用串联PN或肖特基二极管这两种简略办法来到达意图。
串联PN二极管
假如规划可接受较大的串联压降(±1V),或或许有高电压反向瞬变(>200V),那么运用串联PN二极管是个不错的挑选。图2供给了规划示例。这是可供给快速阻断、可重置功用和高击穿电压的简略低本钱解决计划。
图2:串联二极管办法
此二极管的功耗最少,因而较少需求散热片,且本钱较低。只需器材在正常操作或或许的毛病条件期间不过热,体系就会正常作业。
即便如此,该解决计划并非适用于每个规划。本钱优势很快会跟着作业电流的上升而消失。并且,在较高电流下,功耗越大,终究所需的二极管也就越大越贵重,需求选用导热性更好的封装和散热结构。
此外,在低电压体系中(≤5V),二极管压降或许需求额定下流升压电路,这就使原本估计为低本钱的办法实践上变得很贵重。
因而,在运用PN二极管办法之前必须记住这几条。
串联肖特基二极管
相似但运用更广泛的办法是运用串联肖特基二极管替代串联PN二极管。该压降更低一点(±0.6V)并且规划耗费的功率更少。
图3显现的是肖特基二极管的设置。此装备供给超卓的阻断、简略的规划导入和低本钱。其还可重置并且或许支撑相对较高的击穿电压(>200V)。
图3:串联肖特基二极管办法
压降较低可削减与传统PN二极管有关的热办理需求,而这或许完成更小且本钱更低的封装。
虽然如此,仍需求当心,由于压降关于许多运用来说或许仍过高。并且,虽然肖特基二极管的作业范围比串联PN二极管的广,此办法的最佳运用仍是运用低于200mA的电流且具有更高电压(>5V)的运用。
定论
不管选用哪一种办法,都要考虑压降和功耗这两个首要方面。假定这两个参数都在可接受范围内,那么两种办法都能以低本钱有用地维护低电流体系,使其免受反向极性事情或许导致的损坏。假如压降或功耗成问题,则可考虑飞兆的FR器材等有源解决计划。