【電路保護】萬一電池正負極反接時，如何能保護電路？

2017 年 9 月 12 日 topadmin數位製造No Comment

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”和主電路系統的”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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