使用二极管确保电流仅沿一个方向流动,而不会造成电压降

电器工程 二极管
2022-01-02 06:52:54

为了给我的微控制器(ATmega8)供电,我使用了一个~5.4V 的电压源。我想确保我不会不小心将电压源反向连接,并认为二极管将是实现此目的的好方法,因为从我目前所学到的知识来看,二极管允许电流沿一个方向流动,并阻止它在另一个。

但我还了解到,二极管会造成电压下降。我有一些典型的二极管(1N4001、1N4148 等),并希望在不降低电压的情况下使用它们来实现上述结果,因为电压太低而无法为 IC 供电。

我的问题是,有没有办法用二极管做到这一点?还是我需要一些其他组件(如果需要,您会推荐什么)?

4个回答

实际的二极管受物理定律 [tm] 的限制。实际电压将取决于电流和电压以及所使用的设备,但作为指导,在非常轻的负载下,肖特基二极管可能会稍微低于 0.3V,但随着负载接近允许的最大值,这通常会上升到 0.6V +。大电流器件的正向压降可能远高于 1V。硅二极管的性能差两到三倍。

使用 MOSFET 代替二极管提供了一个电阻通道,因此电压降与电流成正比,并且可以比二极管低得多。

使用如下所示的 P 沟道 MOSFET 会导致 MOSFET 在电池极性正确时打开,在电池反接时关闭。多年来,我已经在商业上使用这种布置(使用带有 N 沟道 MOSFET 的镜像布置)并取得了很好的成功。

当电池极性不正确时,MOSFET 栅极相对于源极为正,并且 MOSFET 栅极源极“结”反向偏置,因此 MOSFET 关闭。

当电池极性正确时,MOSFET 栅极相对于源极为负,并且 MOSFET 正确偏置,负载电流“看到”在 FET Rdson = 导通电阻上。这取决于所选择的 FET,但 10 毫欧 FET 相对常见。在 10 mOhm 和 1A 下,您只会得到 10 毫伏的压降。即使是 Rdson 为 100 毫欧的 MOSFET,每安培也只会下降 0.1 伏 - 甚至远低于肖特基二极管。

在此处输入图像描述


TI 应用说明反向电流/电池保护电路

与上述相同的概念。N & P 通道版本。引用的 MOSFET 仅为示例。请注意,栅极电压 Vgsth 需要远低于最小电池电压。

在此处输入图像描述

希望电压降尽可能低。ATmega8 的工作电压为 2.7 V 至 5.5 V,而 5.5 V 实际上是 5.0 V,有一定的裕度。在数据表中,您会看到许多指定为 5 V 的参数。

您的电源电压约为 5.4 V。“~”是什么意思?它可能会相差几个百分点?高 3 % 为您提供 5.56 V,超出规格。它不会导致 AVR 起火,但坚持规范是一个好习惯。

所以电压下降。允许下降 500 mV。ATmega 只消耗几十毫安。1N4148 在 50 mA 时通常会下降 900 mV,我很乐意接受,但您可能会觉得太高了。在这种情况下,请选择Schottky,就像其他答案中所建议的那样。您不想要具有100 mV 压降的肖特基二极管,特意选择规格更差的。这一个将在 100 mA 时下降 450 mV。

两个想法:

  1. 使用肖特基二极管代替普通的 PN 结二极管。肖特基二极管的压降比 PN 二极管小。
  2. 将二极管连接到电源两端,使其正常反向偏置。当电源反向连接时,二极管将导通并防止反向电压超过二极管的正向压降。您将需要限流电源或二极管上游的保险丝,以免要求它承载无限电流。
  • 肖特基功率二极管将为您提供低至 0.2V 的电压降
  • 有许多连接器无法反向插入。
  • 许多人使用连接了两根电线的三针连接器。在这种情况下,反向插入不会连接两根电线。