【電路保護】萬一電池正負極反接時,如何能保護電路?

萬一電池正負極反接時,如何能保護電路?
其實電路反接保護,是一個很簡單又很實用的電路,在做電路設計時,有些客戶會要求可以讓使用者自行更換鋰電池。
但是又怕消費把電池裝反,造成整個行動電源燒掉,所以在輸入端就必需再加一組”反接保護電路”囉!
 
        能達到輸入保護的方式其實很多,在此簡單介紹兩種方式:
        第一種方式:

    上圖是最簡單的反接保護設計方式,只要在電池的負端加上一個二極體即可達到保護的功能,但是要注意!電池負端的”地”主電路系統的”地(B接點)是分開的喔!若是接在一起的話,那二極體就沒功用了…
 

        此電路雖然簡單(只要加一顆二極體),但是缺點就是功率消耗太大,會造成整個系統的效率變差。對於這個虛耗功率的大小是否能接受,決定權就看客戶對效率規格的要求如何了。
 
        第二種方式:

    上圖主要是把Diode改為N-Mos,然後把N-MOS的Gate串顆電阻到Vin端。
當電池的電壓接上後,整個系統會透過MOS的Body Diode形成迴路,然後Vgs>Vth達到N-MOS的導通條件,則N-MOS整個導通,消耗的功率就看Rds-on的阻值與流經電流的大小來決定,一般N-MOS 的Rds-on阻值約20~40mΩ左右,以1A的電流計算的話,消耗的功率也才約30mW而已。

    
試算兩者在效率上的差異:
一般行動電源的應用,假設電池電壓:3.7V,輸出:5V/1A的規格,一般的Boost IC效率為90%,則輸入電流=5/3.7/0.9=1.5A。
方案1-Diode:
        1.5A*0.6V=0.9W (功耗)
        效率=5V*1A/(3.7*1.5+0.9)=77.5%
        整體效率會由原本的90% 降為77.5% (吃掉了12.5%的效率)
方案2-N-MOS:
        1.5A*1.5A*0.03Ω=0.0675W(功耗)
        效率=5V*1A/(3.7*1.5+0.0675)=89%
        整體效率會由原本的90% 降為89%
        總結一句話,羊毛出在羊身上。電路要增加保護,就必需要付出代價,方案1的價格雖然便宜,但效率會被吃掉很多。
方案2雖然只降低1%的效率,但是MOS的價格會比Diode貴上這多。
至於Diode與MOS的選用,就要看你整個系統的總電流大小來決定囉。

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