從原因到措施：如何防止電池接反？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-03 11:14
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反極性形成原因及對(duì)此可采取的措施
沒(méi)有人希望他們的系統(tǒng)出現(xiàn)故障，甚至更嚴(yán)重的起火燃燒。但如果允許反向極性進(jìn)行破壞，就可能會(huì)發(fā)生上述情況。
反向極性是穩(wěn)態(tài)反向偏壓或負(fù)瞬態(tài)的結(jié)果。這是一種危險(xiǎn)的電氣狀況，一旦系統(tǒng)出廠即很難防止。
反向極性風(fēng)險(xiǎn)是各種常見(jiàn)應(yīng)用中的實(shí)際威脅，包括移動(dòng)電子、電池供電系統(tǒng)、連接至汽車(chē)電源的器件、直流供電的玩具、具有桶插孔連接器的產(chǎn)品，或任何經(jīng)受負(fù)電壓熱插拔或電感瞬變的DC器件。支持USB連接和/或USB充電的系統(tǒng)尤其易受影響。
下面是反向極性的一些最常見(jiàn)原因：
●使用第三方生產(chǎn)的售后市場(chǎng)充電器或電源
第三方充電器的市場(chǎng)日益增長(zhǎng)，但并非所有充電器都設(shè)計(jì)都具有反向極性防護(hù)。在某些情況下，充電器具有反向電氣觸點(diǎn)或者極性可由用戶(hù)設(shè)置，這就為出錯(cuò)留下了空間。
●使用USB的“熱插拔”功能
總線處于帶電狀態(tài)時(shí)能方便地連接或斷連移動(dòng)設(shè)備意味著“熱插拔”操作正在增加，熱插拔瞬變的幅度也是如此。這些電感瞬變可將總線擺動(dòng)至反向極性條件。盡管這些擺動(dòng)的時(shí)間往往很短，但幅度很大。超過(guò)±20 V的電壓軌擺幅已在“熱插拔”操作中測(cè)量到。此瞬變對(duì)斷開(kāi)連接的器件和電壓軌上的其他器件都可能會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)充電電流增大時(shí)，此問(wèn)題只會(huì)更嚴(yán)重。
●使用未正確插入的鋰電池
電池供電的系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障，這是因?yàn)殡姵匚凑_插入，其正負(fù)極插反。對(duì)于AAA型、AA型、C型以及D型單體電池、或CR123、CR2或鈕扣鋰電池等使用傳統(tǒng)外形尺寸的器件來(lái)說(shuō)尤其如此。如果正確插入電池，機(jī)械解決方案可防止與電池端子的電氣接觸，但這些解決方案需要自定義模制并可經(jīng)受一段時(shí)間后的接觸疲勞。
●發(fā)展中國(guó)家中墻壁插頭的使用
世界上還有一些地方的電力基礎(chǔ)設(shè)施具有較少的保護(hù)要求，因此，電源可在線路上向下傳輸大電壓瞬變。室內(nèi)布線使情況變得更糟。過(guò)去，傳統(tǒng)白熾燈能有助于吸收和抑制電源線上的瞬態(tài)能量，但像LED和CFL等新類(lèi)型產(chǎn)品沒(méi)有相同的抑制特性。通過(guò)移動(dòng)至LED和CFL的節(jié)能工作可能產(chǎn)生從未遇到過(guò)的問(wèn)題。
●將器件插入汽車(chē)（或飛機(jī)、火車(chē)等）的電源
在許多情況下，交通供電中的電源適配器包括反向極性保護(hù)，但也有例外，特別是在低成本替代產(chǎn)品中。不知情的用戶(hù)只是將器件插入汽車(chē)的打火機(jī)插孔中就可能導(dǎo)致反向極性事件，因?yàn)樗麤](méi)有意識(shí)到打火機(jī)插孔可導(dǎo)致器件故障。
由于有太多方式可觸發(fā)反向極性事件，設(shè)計(jì)人員務(wù)必盡其所能在系統(tǒng)出廠前防止反向極性以免造成損壞。
小于100mA系統(tǒng)中反極性的最佳保護(hù)方法
低電流系統(tǒng) — 即工作電流低于100 mA或200 mA的系統(tǒng) — 涵蓋各種應(yīng)用，從安全系統(tǒng)和火警報(bào)警器到適用于樓宇自動(dòng)化、公共地址和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。
其中包括許多不同的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)人員無(wú)法始終預(yù)測(cè)其系統(tǒng)將以何種方式在何處使用。根據(jù)具體情況，系統(tǒng)可能暴露于穩(wěn)態(tài)反向偏壓或負(fù)瞬變等不良電氣條件下，這可能導(dǎo)致反向極性事件并損壞系統(tǒng)。
結(jié)果可能如同電氣故障那么簡(jiǎn)單，但如果情況很?chē)?yán)重，則可能導(dǎo)致火災(zāi)。因此，設(shè)計(jì)人員增加電路來(lái)防止反向極性帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)并不罕見(jiàn)。
有多種方法可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但對(duì)于低電流應(yīng)用，其效率通常較少成為問(wèn)題。只要系統(tǒng)可耐受功耗并且工作電壓壓降與各方法相關(guān)聯(lián)，即可使用串聯(lián)PN或肖特基二極管這兩種簡(jiǎn)單方法來(lái)達(dá)到目的。
串聯(lián)PN二極管
如果設(shè)計(jì)可接受較大的串聯(lián)壓降（±1 V），或可能有高電壓反向瞬變（> 200 V），那么使用串聯(lián)PN二極管是個(gè)不錯(cuò)的選擇。圖2提供了設(shè)計(jì)示例。這是可提供快速阻斷、可重置功能和高擊穿電壓的簡(jiǎn)單低成本解決方案。
從原因到措施：如何防止電池接反？
圖2：串聯(lián)二極管方法
此二極管的功耗最少，因此較少需要散熱片，且成本較低。只要器件在正常操作或可能的故障條件期間不過(guò)熱，系統(tǒng)就會(huì)正常工作。
即便如此，該解決方案并非適用于每個(gè)設(shè)計(jì)。成本優(yōu)勢(shì)很快會(huì)隨著工作電流的上升而消失。而且，在較高電流下，功耗越大，最終所需的二極管也就越大越昂貴，需要采用導(dǎo)熱性更好的封裝和散熱結(jié)構(gòu)。
此外，在低電壓系統(tǒng)中（≤5V），二極管壓降可能需要額外下游升壓電路，這就使本來(lái)預(yù)計(jì)為低成本的方法實(shí)際上變得很昂貴。
