CN112350294A

CN112350294A - 一种直流电源防反接装置

Info

Publication number: CN112350294A
Application number: CN202011371040.9A
Authority: CN
Inventors: 胡杰; 张琳
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-02-09

Abstract

一种直流电源防反接装置，被设置于所述直流电源与受电设备之间，该装置包括电源线控制模块、地线控制模块、电源线切换控制模块、地线切换控制模块。所述装置的输入端连接所述直流电源的输出端，所述装置的输出端连接所述受电设备的电源端。所述装置的输入端分别通过电源线控制模块、地线控制模块接入受电设备的电源端，所述地线切换控制模块、电源线切换控制模块分别跨接于所述装置的输入端与所述地线控制模块、电源线控制模块的接入点和所述电源线控制模块、地线控制模块与所述受电设备的接入点。

Description

一种直流电源防反接装置

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种直流电源防反接装置。

背景技术

日常使用直流电子设备，接入电源时，往往因为各种原因意外地将电源正负极接反，此时就会给用电设备带来不可预知的损伤，甚至损毁，并且可能会损坏供电电源。因此，在进行电路设计时，就需要加入防反接保护电路。

发明内容

本发明实施例之一，一种直流电源防反接装置，被设置于所述直流电源与受电设备之间，该装置包括电源线控制模块、地线控制模块、电源线切换控制模块、地线切换控制模块。所述装置的输入端连接所述直流电源的输出端，所述装置的输出端连接所述受电设备的电源端。所述装置的输入端分别通过电源线控制模块、地线控制模块接入受电设备的电源端，所述地线切换控制模块、电源线切换控制模块分别跨接于所述装置的输入端与所述地线控制模块、电源线控制模块的接入点和所述电源线控制模块、地线控制模块与所述受电设备的接入点。

本发明实施例提供了一种直流电源防反接电路，可以广泛应用于各类直流供电设备，有效地防止直流电源意外反接，保护直流电源和受电设备免受损伤。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1根据本发明实施例之一的直流电源防反接电路图。

图2根据本发明实施例之一的直流电源防反接电路功能框图。

图3根据本发明实施例之一的电源正常连接电路示意图。

图4根据本发明实施例之一的电源意外反接电路示意图。

具体实施方式

多年的研究和实践，已经出现了多种防反接保护电路，例如串联二极管保护电路，二极管桥式保护电路，MOS管(场效应管)保护电路等等。但是，在具体应用过程中，均有些许缺陷，有的造成额外的高功耗，有的实现过于复杂成本太高，有的在电源反接时虽然能够起到保护作用但电路不能正常工作。

本发明的目的在于针对直流供电设备经常出现的电源线意外反接的问题，设计了一种设备保护和自动切换线路的电路，克服了一般电源防反接电路功耗高和电路不能正常工作的弱点，实现方便，成本低廉，可靠性高。

根据一个或者多个实施例，一种直流电源防反接电路，置于直流电源和受电设备之间，在电源线和地线意外反接的状况下，自动完成线路切换，保护电源和受电设备不会受到损伤，且整个电路能够正常工作。其特征在于，如图2所示，所述直流电源防反接电路包括电源线输入接头、地线输入接头、电源线控制模块、地线控制模块、电源线切换控制模块、地线切换控制模块、电源线输出接头、地线输出接头。

如图1所示，设备供电接头为A和B，其中A为电源线输入接头，B为地线输入接头，正常情况下接头A需要接电源端，接头B需要接地线端；P沟道MOS管Q1和电阻R1组成电源线控制模块，N沟道MOS管Q2和电阻R2组成地线控制模块，P沟道MOS管Q3和电阻R3组成地线切换模块，N沟道MOS管Q4和电阻R4组成电源线切换模块。

如图3所示，当电源正常连接，即供电接头A连接电源线Vcc，供电接头B连接地线GND。MOS管Q1的漏极D为高电平，因为体二极管的存在，源极S也会变为高电平，栅极G被R1下拉为GND，VGS形成反压，Q1导通；MOS管Q2的漏极D为低电平GND，因为Q2的体二极管的存在，源极S也将变为低电平，栅极G被R2上拉至高电平Vcc，VGS形成正压，Q2导通；MOS管Q3的漏极D为低电平GND，栅极S因为Q1的导通变为高电平Vcc,栅极G被R3上拉至高电平Vcc，VGS≈0，Q3截止；MOS管Q4的的漏极D为高电平Vcc，栅极S因为Q2的导通变为低电平GND,栅极G被R4下拉至低电平GND，VGS≈0，Q4截止；整个电路按照Vcc→接头A→Q1→受电设备→Q2→接头B→GND形成回路。

如图4所示，当电源意外反接，即供电接头接头A连接地线GND，供电接头接头B连接电源线Vcc。MOS管Q3的漏极D为高电平Vcc，因为体二极管的存在，源极S也会变为高电平，栅极G被R1下拉为GND，VGS形成反压，Q3导通；MOS管Q4的漏极D为低电平GND，因为Q4的体二极管的存在，源极S也将变为低电平，栅极G被R2上拉至高电平Vcc，VGS形成正压，Q4导通；MOS管Q1的漏极D为低电平GND，栅极S因为Q3的导通变为高电平Vcc,栅极G被R1上拉至高电平Vcc，VGS≈0，Q1截止；MOS管Q2的的漏极D为高电平Vcc，栅极S因为Q4的导通变为低电平GND,栅极G被R2下拉至低电平GND，VGS≈0，Q2截止；整个电路按照Vcc→接头B→Q3→受电设备→Q4→接头A→GND形成回路。

本发明实施例提供了一种简易的电路，可以有效地防止直流电源反接，以免对电源和受电设备造成未知的损伤，且在电源意外反接的状况下自动切换电源线和地线，使整个电路依然可以正常工作。本发明具有实现简单，成本低，可靠性高，功耗低等优点。

根据一个或者多个实施例，如图1所示。一种直流电源防反接装置，被设置于所述直流电源与受电设备之间。该装置包括接头A和接头B组成的输入端，以及接头C和接头D组成的输出端。所述装置的输入端连接直流电源的输出端，所述装置的输出端接入受电设备。该装置电路包括：

P沟道MOS管Q1，该MOS管Q1的栅极G通过一个限流电阻R1连接接头B，MOS管Q1的源极S连接接头C，MOS管Q1的漏极D连接接头A，该MOS管Q1在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止。

N沟道MOS管Q2，该MOS管Q2的栅极G通过一个限流电阻R2连接接头A，MOS管Q2的源极S连接接头D，MOS管Q2的漏极D连接接头B，MOS管Q2在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止。

P沟道MOS管Q3，该MOS管Q3的栅极G通过一个限流电阻R3连接接头A，该MOS管Q3的源极S连接接头C，该MOS管Q3的漏极D连接接头B，该MOS管Q3在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止。

N沟道MOS管Q4，该MOS管Q4的栅极G通过一个限流电阻R4连接接头B，该MOS管Q4的源极S连接接头D，该MOS管Q4的漏极D连接接头A，该MOS管Q4在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止。

在本发明中，电源线控制模块、地线控制模块、电源线切换控制模块、地线切换控制模块中的MOS管能够根据电源线的正反连接状况，自动导通或者截止，保证电路能正常工作。当然，这些模块中的元件也可以由各种类型的模拟电子开关或者继电器等构成。

另外，需要根据电路系统的实际情况选择合适的功率MOS管。例如，N沟道MOS管选择CSD17577Q3，P沟道MOS管选择CSD25404Q3，可以满足供电电压20V，工作电流10A的电路需求，漏源导通电阻均小于5毫欧，在工作时的额外功耗大概为0.1瓦(工作电流5安培)。

采用本电路所带来的积极效果是，在电源接头意外反接时，不仅能够保护受电设备和供电电源不受损伤，还能够通过电路中各个MOS管的切换实现正常供电，且基本不增加系统功耗。因此，本专利的直流电源防反接电路可以适用于大部分直流供电的系统，而且实现简单、成本低廉、工作可靠。

综上所述，无论电源的接头接头A和接头B正确连接还是意外反接，电路都能够依靠MOS管的导通和截止，正确地给受电设备供电。另外，选择适当的功率MOS管，导通时的漏极-源极电阻R_DS(on)轻易可以控制在毫欧级，上述所有工作过程中，给整个电路增加的功耗都微乎其微。

可见，通过本发明实施例中的装置电路，可以自动判别供电接头的连接状况，并按设计要求切换MOS管开关，无论供电接头正常连接还是意外反接，电路都可以实现正常向受电设备供电，且基本不增加额外功耗。本领域技术人员可通过阅读本发明专利后，可做出细微的改变和调整，例如：根据电路原理改变MOS管的选型和上拉电阻阻值值等替代方案，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明专利的精神和范围。

Claims

1.一种直流电源防反接装置，被设置于所述直流电源与受电设备之间，其特征在于，该装置包括电源线控制模块、地线控制模块、电源线切换控制模块、地线切换控制模块，

所述装置的输入端连接所述直流电源的输出端，所述装置的输出端连接所述受电设备的电源端，

所述装置的输入端分别通过电源线控制模块、地线控制模块接入受电设备的电源端，所述地线切换控制模块、电源线切换控制模块分别跨接于所述装置的输入端与所述地线控制模块、电源线控制模块的接入点和所述电源线控制模块、地线控制模块与所述受电设备的接入点。

2.根据权利要求1所述的直流电源防反接装置，其特征在于，直流电源的输出端包括电源线输入接头和地线输入接头。

3.根据权利要求2所述的直流电源防反接装置，其特征在于，所述电源线控制模块由一个P沟道MOS管Q1构成，该MOS管Q1的栅极G通过一个限流电阻连接地线输入接头，MOS管Q1的源极S连接受电设备的电源端，MOS管Q1的漏极D连接电源线输入接头，该MOS管Q1在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止。

4.根据权利要求2所述的直流电源防反接装置，其特征在于，所述地线控制模块由一个N沟道MOS管Q2构成，该MOS管Q2的栅极G通过一个限流电阻连接电源线输入接头，MOS管Q2的源极S连接受电设备的地线端，MOS管Q2的漏极D连接地线输入接头，MOS管Q2在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止。

5.根据权利要求2所述的直流电源防反接装置，其特征在于，所述电源线切换控制模块由一个N沟道MOS管Q4构成，该MOS管Q4的栅极G通过一个限流电阻连接地线输入接头，该MOS管Q4的源极S连接受电设备的地线端，MOS管Q4的漏极D连接电源线输入接头，该MOS管Q4在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止。

6.根据权利要求2所述的直流电源防反接装置，其特征在于，所述地线切换控制模块由P沟道MOS管Q3构成，该MOS管Q3的栅极G通过一个限流电阻连接电源线输入接头，该MOS管Q3的源极S连接受电设备的电源端，该MOS管Q3的漏极D连接地线输入接头，该MOS管Q3在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止。

7.一种直流电源防反接装置，被设置于所述直流电源与受电设备之间，其特征在于，该装置包括接头A和接头B组成的输入端，以及接头C和接头D组成的输出端，

P沟道MOS管Q1，该MOS管Q1的栅极G通过一个限流电阻R1连接接头B，MOS管Q1的源极S连接接头C，MOS管Q1的漏极D连接接头A，该MOS管Q1在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止，

N沟道MOS管Q2，该MOS管Q2的栅极G通过一个限流电阻R2连接接头A，MOS管Q2的源极S连接接头D，MOS管Q2的漏极D连接接头B，MOS管Q2在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止，

P沟道MOS管Q3，该MOS管Q3的栅极G通过一个限流电阻R3连接接头A，该MOS管Q3的源极S连接接头C，该MOS管Q3的漏极D连接接头B，该MOS管Q3在V_GS小于门限电压时导通，在V_GS大于门限电压时截止，

N沟道MOS管Q4，该MOS管Q4的栅极G通过一个限流电阻R4连接接头B，该MOS管Q4的源极S连接接头D，该MOS管Q4的漏极D连接接头A，该MOS管Q4在V_GS大于门限电压时导通，在V_GS小于门限电压时截止，

所述装置的输入端连接直流电源的输出端，所述装置的输出端接入受电设备。