一种利用MOS管实现可正、反接电源的低功耗电路的制作方法

本实用新型涉及印刷线路板保护技术领域，具体地，涉及一种利用MOS管(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)实现可正、反接电源的低功耗电路。

背景技术：

在电子系统中通常设计有多个独立的电源模块，为了防止出现电源反接现象，常用的方法是在电源模块的输入端用明显标识对极性进行区分，由于人工操作不可避免地存在误差，因此电源反接问题也无法完全杜绝，而一旦电源被反接，则必然会损坏电源的输入端口、甚至造成电源模块整体烧毁的情况。为了减少损失，本行业内需要设计一种可同时适用于电源正接和反接的保护电路。

现有的可反接保护电路包括以下两种：

1、利用二极管的单向导通性

参见图1，当电源端V₁₂为正电压即接口1连接正极而接口2连接负极时，二极管D1和D2正向导通而二极管D3和D4反向不导通，电流从接口1开始流经二极管D1、接口3、负载RL、接口4和二极管D2最终到达接口2形成回路，此时负载端V₃₄为正电压；而当电源端V₁₂为负电压即接口1连接负极而接口2连接正极时，二极管D3和D4正向导通而二极管D1和D2反向不导通，电流从接口2开始流经二极管D4、接口3、负载RL、接口4和二极管D3最终到达接口1形成回路，此时负载端V₃₄仍为正电压；由此可见，无论电源端如何连接，整个电路的负载端V₃₄始终保持正电压。

2、利用继电器对电路进行切换

参见图2，当电源端V₁₂为正电压即接口1连接正极而接口2连接负极时，由于二极管D2反向不导通，继电器不吸合即转换开关与K2和K5连接，电流从接口1开始流经K1、K2、接口3、负载、接口4、K5和K4最终到达接口2形成回路，此时负载端V₃₄为正电压；而当电源端V₁₂为负电压即接口1连接负极而接口2连接正极时，二极管D1正向导通，继电器吸合即转换开关与K3和K6连接，电流从接口2开始流经K4、K6、接口3、负载、接口4、K3和K1最终到达接口1形成回路，此时负载端V₃₄仍为正电压；由此可见，无论电源端如何连接，整个电路的负载端V₃₄始终保持正电压。

上述方法虽然都实现了对电路的保护作用并确保了负载的正常工作，却还存在以下问题：方案1中使用的二极管存在压降问题且降压幅度大(至少降压0.5V)，所以不适用于对电压变化要求比较严格的设备中，另外当通过的电流较大时，二极管会严重发热，设备容易因为二极管烧毁问题而出现故障；方案2中较使用的继电器占用空间大，不利于设备小型化生产，且继电器的开合操作本身就要消耗电能，不适用于对功耗要求比较严格的设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、功耗低、压降小、占用空间小、且可同时适用于电源正接和反接的保护电路，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种利用MOS管实现可正、反接电源的低功耗电路，包括电流输入端接口V1和V2、电流输出端接口V3和V4、四个MOS管Q1、Q2、Q3和Q4、以及驱动电阻，且所述MOS管Q1和Q4为N型MOS管，所述MOS管Q2和Q3为P型MOS管；

对于所述MOS管Q1，其漏极连接接口V1而源极连接接口V4，且其栅极通过驱动电阻与接口V2间接连接；对于所述MOS管Q2，其漏极连接接口V2而源极连接接口V3，且其栅极通过驱动电阻与接口V1间接连接；对于所述MOS管Q3，其漏极连接接口V1而源极连接接口V3，且其栅极通过驱动电阻与接口V2间接连接；对于所述MOS管Q4，其漏极连接接口V2而源极连接接口V4，且其栅极通过驱动电阻与接口V1间接连接。

MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其包括栅极G、源极S和漏极D三个引脚，当MOS管连入电路时，其栅极G和源极S间的电压变化即V_GS会造成源极S和漏极D间导通电阻的变化，进而影响MOS管所在电路的通断。常用MOS管分为N型和P型：对于N型MOS管而言，当V_GS为正且大于一定值时电路连通，而当V_GS为负且小于一定值时电路断开；对于P型MOS管而言，当V_GS为负且小于一定值时电路连通，而当V_GS为正且大于一定值时电路断开。

优选地，所述驱动电阻的数量为四个且分别为R1、R2、R3、和R4，所述四个驱动电阻分别与四个MOS管的栅极对应连接。

优选地，所述驱动电阻的数量为两个且分别为R1和R2，所述驱动电阻R1与MOS管Q1的栅极连接，所述驱动电阻R2与MOS管Q2的栅极连接，所述MOS管Q3的栅极通过驱动电阻R1与接口V2间接连接，所述MOS管Q4通过驱动电阻R2与接口V1间接连接。

优选地，所述驱动电阻的阻值范围为5-50kΩ，其作用是减小栅极的电流并确保各MOS管的使用安全。所述驱动电阻通过改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小集电极的电压尖峰，控制各MOS管的开关速度，从而防止MOS管损坏。

优选地，所述电路还包括负载RL，所述负载RL的两端分别连接接口V3和V4。

本实用新型提供的技术方案至少具有如下有益效果：

1、所述电路利用MOS管的导通特性来控制线路的开合，无论电源端处于正接或反接的情况下，均使得负载端的电压始终保持稳定不变，从而确保了负载的正常工作和电路的使用安全；

2、由于MOS管的导通电阻可以做得非常小(现有工艺能做到毫欧姆级)，所以MOS管可以承载大电流而消耗非常少的电能，同时其压降可以忽略不计，所述电路非常适合大电流、低压降、低耗能的要求的设备；

3、所述电路结构简单且使用方便，占用空间小，有利于设备小型化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是现有的利用二极管实现电源可正反接的电路保护方案；

图2是现有的利用继电器实现电源可正反接的电路保护方案；

图3是本实用新型所述电路的一种实施例的结构示意图；

图4是本实用新型所述电路的另一种实施例的结构示意图；

图中：电流输入端接口：V1、V2，电流输出端接口：V3、V4，MOS管：Q1、Q2、Q3、Q4；驱动电阻：R1、R2、R3、R4；负载RL。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参见图3，一种利用MOS管实现可正、反接电源的低功耗电路，包括电流输入端接口V1和V2、电流输出端接口V3和V4、四个MOS管Q1、Q2、Q3和Q4、四个驱动电阻R1、R2、R3和R4、以及负载RL，且所述MOS管Q1和Q4为N型MOS管，所述MOS管Q2和Q3为P型MOS管。

对于所述MOS管Q1，其漏极连接接口V1而源极连接接口V4，且其栅极通过驱动电阻R1与接口V2间接连接；对于所述MOS管Q2，其漏极连接接口V2而源极连接接口V3，且其栅极通过驱动电阻R2与接口V1间接连接；对于所述MOS管Q3，其漏极连接接口V1而源极连接接口V3，且其栅极通过驱动电阻R3与接口V2间接连接；对于所述MOS管Q4，其漏极连接接口V2而源极连接接口V4，且其栅极通过驱动电阻R4与接口V1间接连接，所述负载RL的两端分别连接接口V3和V4。

在本实施例中，所述MOS管Q2、Q3的型号为IRF9317PbF，其导通电阻为6.6mΩ，所述MOS管Q1、Q4的型号为IRF7413，其导通电阻为11mΩ，所述驱动电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为10Ω。当电源电压为12V、电流为10A时，电路本身压降仅为0.176V，功耗仅围1.76W。

在同等条件下，若选用二极管方案则压降最少1V以上、功耗10W以上；若选用继电器方案，考虑到继电器的接触电阻一般在20mΩ以上，则降压最少也超过0.4V，而且继电器本身要消耗电流，整体功耗必定在4W以上。综上所述，本实用新型方案的效果最好。

实施例二

参见图4，一种利用MOS管实现可正、反接电源的低功耗电路，其在实施例一的结构基础上去掉了驱动电阻R3和R4，且MOS管Q3的栅极通过驱动电阻R1与接口V2间接连接，MOS管Q4通过驱动电阻R2与接口V1间接连接，本实施例中的其与结构均与实施例一相同。

上述电路的工作原理如下：

当电源端V₁₂为正即接口V1连接电源正极而接口V2连接电源负极时，N型MOS管Q1的V_GS为负，P型MOS管Q2的V_GS为正，因此MOS管Q1和Q2关闭，接口V1和V4不连通、接口V2和V3不连通，同时P型MOS管Q3的V_GS为负，N型MOS管Q4的V_GS为正，因此MOS管Q3和Q4打开，接口V1和V3连通、接口V2和V4连通；此时电流从接口V1开始流经MOS管Q3、接口V3、负载RL、接口V4和MOS管Q4最终达到接口V2形成回路，负载端V₃₄为正电压。

当电源端V₁₂为负即接口V1连接电源负极而接口V2连接电源正极时，P型MOS管Q3的V_GS为正，N型MOS管Q4的V_GS为负，因此MOS管Q3和Q4关闭，接口V1和V3不连通、接口V2和V4不连通，同时N型MOS管Q1的V_GS为正，P型MOS管Q2的V_GS为负，因此MOS管Q1和Q2打开，接口V1和V4连通、接口V2和V3连通；此时电流从接口V2开始流经MOS管Q2、接口V3、负载RL、接口V4和MOS管Q1最终达到接口V1形成回路，负载端V₃₄仍为正电压。

综上所述，无论电源端如何连接，整个电路的负载端V₃₄始终保持正电压。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。在本实用新型的精神和原则之内，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本实用新型的专利保护范围内。