如何避免反向电流引起的芯片烧坏

 在使用电子元器件时,你有时候不可避免地会闻到明显是芯片烧焦的味道。这都是反向电流惹的祸。反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。由于出现了高反向偏置电压,系统中的电流以相反的方向运行;从输出到输入。幸运的是,有很多方法可以保护你的系统不受反向电流的影响。这是反向电流保护系列博文的第一篇文章,在这篇文章中,你将能够对现有解决方案有高层次的总体认识和了解。  

 
原因
 
反向电流的最常见原因,即反向偏置电压,就是输出上的电压要高于输入上的电压,从而使电流在系统中的流动方向与你希望的流动方向相反。图1中显示了这个情况。
如何避免反向电流引起的芯片烧坏
                                                                               图1:反向电流
 
VIN 由于功率损耗突然变为零,使得系统输出上的电压高于输入电压,这种情况是有可能发生的。或者是电源MUXing意外地导致了一个反向电压事件。
 
如何防止?
 
反向电流有可能损坏内部电路和电池等电源。事实上,甚至是电缆都有可能被损坏,连接器的性能也会被降低。这也是器件着火的原因,就是因为大电流导致功率耗散呈指数级别的上升。
 
保护功能需要将反向电流保持在非常低的水平上。这意味着对于反向电压的限制。有三种常用的方法可以防止反向电流:设计一个使用二极管、FET或负载开关的系统。
 
二极管
 
二极管与FET相比,它的成本更低,更易于集成。它们非常适合于高压、低电流应用。然而,如果你曾经使用过二极管的话,你一定非常熟悉它所导致的正向压降,而这会缩短电池使用寿命,并且使VCC(通常情况下)大约下降0.6-0.8V。这个压降会降低电源电路的效率,并且增加系统的总体功率耗散。
 
基于这些原因,肖特基二极管是常见的替代器件;它们的正向压降更低。不过,它们也更加昂贵,且具有更高的反向电流泄露,而这会导致系统问题。图2显示的是系统中的一个用来阻断反向电流的二极管。
如何避免反向电流引起的芯片烧坏
                                                                   图2:二极管反向电流保护
 
FET
 
由于其低正向电压和高电流处理能力,FET会在你必须保持较低功率耗散时提供帮助。对于一个放置在接地路径中的N类型金属氧化物半导体 (NMOS) FET来说,你使体二极管的方向与正常电流流向保持一致。通过使用这种方法,如果有人错误地安装了电池,栅极电压为低电平,这就防止了FET接通。然而,当电池安装正确时,栅极电压为高电平,它的通道短接至地。
 
为了在FET关闭时阻断两个方向上的电流,你还可以将FET背靠背连接。与二极管解决方案相比,电源到负载的压降更低,不过这种实现方式占用了大量的电路板面积。图3显示了用来阻断反向电流的背靠背FET示例。
如何避免反向电流引起的芯片烧坏