CN112787319A

CN112787319A - 防反接电路及控制方法

Info

Publication number: CN112787319A
Application number: CN202011577788.4A
Authority: CN
Inventors: 李文学; 杨英振; 王允铄; 宁璐平
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112787319B

Abstract

本申请提供一种防反接电路及控制方法，该电路中由于将防反接控制器的输出端连接至电阻的第二端，电阻的第一端和第二端之间存在压降，因此增大了MOS管源极和漏极之间的压差。为了维持MOS管源极和漏极之间的压差，需要增大MOS管源极和栅极之间的压差以降低MOS管的导通阻抗，由于增大了MOS管源极和栅极之间的压差，因此解决了由于MOS管源极和栅极之间的压差偏小导致防反接电路的稳定性差，影响系统正常工作的问题。

Description

防反接电路及控制方法

技术领域

本申请属于监控技术领域，尤其涉及一种防反接电路及控制方法。

背景技术

现有防反接电路存在稳定性差的问题，尤其是在电磁干扰的情况下，容易发生系统不能正常工作的情况。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种防反接电路及控制方法，用于解决现有技术中防反接电路稳定性差进而影响系统正常工作的问题。

技术方案如下：

本申请提供一种防反接电路，包括：

MOS管、防反接控制器和电阻；

所述MOS管的源极分别与电源的一端和所述防反接控制器的输入端连接，所述MOS管的栅极与所述防反接控制器的控制端连接，所述MOS管的漏极与所述电阻的第一端连接；

所述电阻的第二端分别与所述防反接控制器的输出端和所述防反接控制器的供电端连接。

优选地，所述MOS管为N型MOS管。

优选地，所述电阻的阻值为300Ω。

本申请还提供了一种防反接控制方法，应用于上述的防反接电路上，包括：

确定所述输出端的电压是否大于所述输入端的电压；

若确定所述输出端的电压大于所述输入端的电压，则控制所述控制端输出低电平信号，以控制所述MOS管断开。

优选地，若确定所述输出端的电压不大于所述输入端的电压，则控制所述控制端输出高电平信号，以控制所述MOS管导通。

与现有技术相比，本申请提供的上述技术方案具有如下优点：

从上述技术方案可知，本申请中防反接电路包括：MOS管、防反接控制器和电阻；所述MOS管的源极分别与电源的一端和所述防反接控制器的输入端连接，所述MOS管的栅极与所述防反接控制器的控制端连接，所述MOS管的漏极与所述电阻的第一端连接；所述电阻的第二端分别与所述防反接控制器的输出端和所述防反接控制器的供电端连接。由于将防反接控制器的输出端连接至电阻的第二端，且电流流经电阻后会在电阻的第一端和第二端之间产生一定的压降，因此增加了电阻两端的压降，从而增大了MOS管的源极和漏极之间的压差。为了维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差，需要降低MOS管的导通阻抗，从而需要增大MOS管的源极和栅极之间的压差，因此可以有效解决由于MOS管的源极和栅极之间的压差偏小导致防反接电路的稳定性差，影响系统正常工作的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的一种防反接电路的结构示意图；

图2是N型MOS管与P型MOS管，工作在30A电流下的功率耗散示意图；

图3是本申请公开的一种防反接电路的结构示意图；

图4是现有防反接电路工作在3A电流时MOS管的导通状态示意图；

图5是本申请公开的一种防反接控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

防反接电路与系统的电源连接，用于检测系统的电源是否发生反接，并且在检测到系统电源反接时断开系统电源，以保护系统不受损坏。

但是，现有提供的防反接电路存在稳定性差的问题。尤其是存在电磁干扰时容易导致系统不能正常工作。

经过研究发现，现有技术中防反接电路稳定性差的原因在于：作为开关元件的MOS管的导通压降小，容易受到电磁干扰的影响。

参见图1所示的防反接电路，VBAT与电源的一端连接，电源的一端与MOS管的源极S连接，且MOS管的源极S与防反接控制器的输入端连接；MOS管的栅极G与所述防反接控制器的控制端连接；MOS管的漏极D与所述防反接控制器的输出端连接，并且与所述防反接控制器的供电端连接。箭头所指方向为电源正确连接即未反接时，电流的流向。

其中，为了减小电源上防反接电路中MOS管在正常工作时的发热量，在器件选型设计时会选取N型MOS管，N型MOS管的导通阻抗为1.7mΩ左右，相对于P型MOS管几十mΩ的导通阻抗，小很多。

以1.7mΩ的N型MOS管和20mΩ的P型MOS管进行对比，当防反接电路工作在大电流场景下，例如，电流为30A时，其功率耗散如图2所示。

以常用的MOS管散热热阻为40℃/W，若提供30A的电流，N型MOS管的导通阻抗为1.7mΩ，则基于功率公式P＝I²R，计算得到N型MOS管的功率为1.53W。基于散热热阻为40℃/W，可以确定N型MOS管的温升为61.2℃。

P型MOS管的导通阻抗为20mΩ，则基于功率公式P＝I²R，计算得到P型MOS管的功率为18W。基于散热热阻为40℃/W，可以确定P型MOS管的温升为720℃。显然N型MOS管在105℃下温升61.2℃后，达到166.2℃，还没有达到其工作的温度上限175℃。而P型MOS管早已因温度过高而损坏。

从而在大电流场景下，防反接电路中采用N型MOS管作为开关元件。

图1所示的防反接电路工作原理为：

当电源正常连接时，即电源的正极连接VBAT端，电流流经N型MOS管内的体二极管，进入防反接控制器的供电端，以为防反接控制器供电。其中，电流约为100～200uA，防反接控制器开始工作。

防反接控制器通过检测自身的输入端和输出端的电压来确定电源是否反接。其中，若检测输入端的电压大于输出端的电压，则确定电源正常连接，控制控制端输出高于VBAT的电压，以控制N型MOS管导通，进而为系统供电。

若检测输出端的电压大于输入端的电压，则确定电源反接，控制控制端输出低于VBAT的电压，以控制N型MOS管断开，保护系统电路，实现了防反接功能。

但是，经过研究发现，图1所示的防反接电路中，电源正常连接时即N型MOS管导通时，防反接控制器的控制端输出的电压与电源正电压VBAT之间的压差较小，例如在电流为3A时，N型MOS管栅极与源极之间的压差为3.74V左右。该压差虽然能够使得N型MOS管导通，但是栅极与源极之间的压差偏低，不能完全利用N型MOS管的导通阻抗低的优点。

并且3.74V左右的压差没有达到N型MOS管导通的理想压差12V。在外界存在电磁干扰时，3.74V的压差会被电磁噪声淹没，导致N型MOS管断开。从而在电源正常连接时，N型MOS管断开，不能为系统提供电源，影响系统的正常工作。

针对此，本申请提供了一种防反接电路，参见图3所示，防反接电路包括：

MOS管、防反接控制器和电阻。

所述MOS管的源极分别与电源的一端和所述防反接控制器的输入端连接。

MOS管的源极不仅与电源的一端VBAT连接，还与防反接控制器的输入端IN连接。可以理解的是，电源的一端可以是电源的正极，还可以是电源的负极。其中，当VBAT连接电源的正极，这时MOS管的源极与电源的正极连接，则确定电源没有反接。当VBAT连接电源的负极，这时MOS管的源极与电源的负极连接，则确定电源反接。

所述MOS管的栅极与所述防反接控制器的控制端G连接。

所述MOS管的漏极与所述电阻的第一端连接。

所述电阻的第二端分别与所述防反接控制器的输出端OUT和所述防反接控制器的供电端Vs连接。

电阻的第二端与防反接控制器的输出端OUT连接，并且电阻的第二端还与防反接控制器的供电端Vs连接。

防反接控制器通过检测输入端IN和输出端OUT之间的压差，即V_SD来确定电源是否反接，并且在确定电源反接的情况下，通过控制端G输出低电平，以控制MOS管断开。

在确定电源未反接的情况下，通过控制端G输出高电平，其中高电平指的是高于电源提供的电压的电压，即高于VBAT处电压，以控制MOS管导通。

由于将防反接控制器的输出端OUT连接至电阻的第二端，且电流流经电阻后会在电阻的第一端和第二端之间产生一定的压降，因此，本申请提供的图3所示的防反接电路中防反接控制器输入端IN和输出端OUT之间的压差，相较于图1所示的防反接电路中防反接控制器输入端IN和输出端OUT之间的压差，增加了电阻两端的压降，从而增大了MOS管的源极和漏极之间的压差。

防反接控制器在驱动MOS管时，会维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差。

由于增大了MOS管的源极和漏极之间的压差，因此需要降低MOS管的源极和漏极之间的压差，以能够维持在22mV。在电流一定的情况下，为了降低压差，需要降低MOS管的导通阻抗。从而需要增大MOS的源极和栅极之间的压差。

基于此，防反接控制器通过增加控制端输出的电平信号，以增大MOS管栅极的电压，进而增大MOS管的源极和栅极之间的压差。

而参见图4所示，现有技术的防反接电路中，为了维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差，在3A电流的情况下，防反接控制器采用降低MOS管的源极和栅极之间的压差来增大MOS管的导通阻抗，进而增大MOS管的源极和漏极之间的压差，使得能够维持在22mV。其中，MOS管的源极和栅极之间的压差为3.74V时，就可以维持MOS管的源极和漏极之间的压差为22mV。

由于本申请实施例提供的防反接电路增大了MOS管的源极和栅极之间的压差，因此仍然在3A电流的情况下，MOS管源极和栅极之间的压差大于3.74V。从而可以有效解决现有技术中由于MOS管源极和栅极之间的压差偏小导致容易受到电磁干扰，进而导致MOS管异常断开，造成防反接电路的稳定性差，电源不能为系统正常供电，影响系统正常工作的问题。

通过上述技术方案，本实施例的防反接电路包括：MOS管、防反接控制器和电阻；所述MOS管的源极分别与电源的一端和所述防反接控制器的输入端连接，所述MOS管的栅极与所述防反接控制器的控制端连接，所述MOS管的漏极与所述电阻的第一端连接；所述电阻的第二端分别与所述防反接控制器的输出端和所述防反接控制器的供电端连接。由于将防反接控制器的输出端连接至电阻的第二端，且电流流经电阻后会在电阻的第一端和第二端之间产生一定的压降，因此增加了电阻两端的压降，从而增大了MOS管的源极和漏极之间的压差。为了维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差，需要降低MOS管的导通阻抗，从而需要增大MOS管的源极和栅极之间的压差，因此可以有效解决由于MOS管的源极和栅极之间的压差偏小导致防反接电路的稳定性差，影响系统正常工作的问题。

可选地，在其他实施例中，防反接电路中的MOS管为N型MOS管。

可选地，在其他实施例中，电阻的阻值为300Ω。

仍然在3A电流的情况下，若电阻的阻值为300Ω，为了维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差，增大MOS管的源极和栅极之间的压差以降低MOS管的导通阻抗，得到的结果是MOS管的源极和栅极之间的压差为11.78V左右，N型MOS管能够导通。且，尤其是在MOS管为N型MOS管时，由于降低了MOS管的导通阻抗，因此可以充分利用N型MOS管的导通阻抗低的优点。

对应上述实施例公开的防反接电路，本实施例还提供了一种防反接控制方法，应用在上述实施例公开的防反接电路上，参见图5所示，该控制方法可以包括以下步骤：

S501、确定所述输出端的电压是否大于所述输入端的电压；

防反接控制器确定输出端的电压是否大于输入端的电压。

若确定所述输出端的电压大于所述输入端的电压，则确定电源反接。即电源的负极连接至VBAT，此时执行步骤S502；

S502、控制所述控制端输出低电平信号，以控制所述MOS管断开。

在确定电源反接时断开MOS管，以断开供电回路，保护系统电路不受损坏。

可选地，在其他实施例中，若确定所述输出端的电压不大于所述输入端的电压，则确定电源正确连接，即电源的正极连接至VBAT，此时执行步骤S503；

S503、控制所述控制端输出高电平信号，以控制所述MOS管导通。

在确定电源未反接时控制MOS管导通，以利用电源为系统供电，系统正常工作。

通过上述技术方案，本实施例防反接电路包括：MOS管、防反接控制器和电阻；所述MOS管的源极分别与电源的一端和所述防反接控制器的输入端连接，所述MOS管的栅极与所述防反接控制器的控制端连接，所述MOS管的漏极与所述电阻的第一端连接；所述电阻的第二端分别与所述防反接控制器的输出端和所述防反接控制器的供电端连接。在确定所述输出端的电压大于所述输入端的电压，则确定电源反接，控制MOS管断开。在确定所述输出端的电压不大于所述输入端的电压，则确定电源未反接，控制MOS管导通。在MOS管导通时，由于将防反接控制器的输出端连接至电阻的第二端，且电流流经电阻后会在电阻的第一端和第二端之间产生一定的压降，因此增加了电阻两端的压降，从而增大了MOS管的源极和漏极之间的压差。为了维持MOS管的源极和漏极之间22mV的压差，需要降低MOS管的导通阻抗，从而需要增大MOS管的源极和栅极之间的压差，因此可以有效解决由于MOS管的源极和栅极之间的压差偏小导致防反接电路的稳定性差，影响系统正常工作的问题。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种防反接电路，其特征在于，包括：

MOS管、防反接控制器和电阻；

2.根据权利要求1所述的防反接电路，其特征在于，所述MOS管为N型MOS管。

3.根据权利要求1或2所述的防反接电路，其特征在于，所述电阻的阻值为300Ω。

4.一种防反接控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-3所述的防反接电路上，包括：

确定所述输出端的电压是否大于所述输入端的电压；

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，若确定所述输出端的电压不大于所述输入端的电压，则控制所述控制端输出高电平信号，以控制所述MOS管导通。