反向电压(对二极管施加反向的电压)-尚可名片

反向电压（对二极管施加反向的电压）

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更新时间：2023-05-22

反向电压

对二极管施加反向的电压

只要对二极管施加反向的电压就叫反向电压。一般反向电压没有数值定义。无论电压多大，只要是反向的，就是反向电压。

基本信息

中文名	反向电压
外文名	inverse voltage
拼音	fǎn xiàng diàn yā
定义	只要对二极管施加反向的电压就叫反向电压。
所属领域	电力术语

抽油机控制器

故障现象

新疆油田使用ECHO5302、ECHO5303和ECHO5318等3种抽油机控制器（RPC），在油田大规模停电，抽油机设备来电启停过程中，ECHO5303、ECHO5318经常出现设备死机、参数错误、通信故障和抽油机无法启动等现象，ECHO5302此类现象较少。

原因分析

分析3种抽油机控制器电路，ECHO5302控制抽油机启停电路是在控制输出和交流接触器之间加中间继电器的控制方法，中间继电器加有泄流二极管，用于断电时泄放交流继电器线圈中储存的能量，避免产生高压脉冲；ECHO5303、ECHO5318控制抽油机启停电路是在控制输出和交流接触器之间加光电隔离固态继电器（SSR）隔离输出。交流接触器等感性负载在通断电时，会在其两端产生反向电压，特别是在其断电时线圈内的能量无法释放，产生的反向电压会很大。该电压能量不大，持续时间很短，但幅度很高，因此会产生很强干扰，通过线路或辐射影响控制器工作。固态继电器在驱动感性和容性负载时输出电路容易受反向电压和浪涌电流的影响，稳定性差、灵敏度高，易产生误动作。解决ECHO5303、ECHO5318易受干扰的问题，采用压敏电阻设计过压保护电路的解决方案。

反向设计

压敏电阻选择

。交流接触器线圈为220V时，压敏电阻约为470V。压敏电阻选择过小，灵敏度高、易损坏，过大则失去保护作用。首先确定抽油机控制器控制电路在线圈工作电压为AC220V，在工作范围内选择不同阈值的压敏电阻进行高电压测试（表1）。根据表1中工作电压及动作时间选定CNRJ10D471K型压敏电阻，在工作电压内保持高阻抗状态，从安全性上确保工作人员不会因电阻爆裂被炸伤，在电压升至电阻耐压值时导通泄压至接地端。

表1

电路设计

将压敏电阻分别接入电路启动停止线路，与接地端跨接（图1）。同时可以兼顾启停电路火线、零线中电压变化，安全可靠，保证压敏电阻在反向电压过高时导通接地端进行分压。控制器触点输出、中间继电器和J2组成控制回路，控制设备切断和运行；压敏电阻和控制器接地在控制回路中组成保护电路，泄放中间继电器、J2中的反向电压，排除对控制器的干扰。

图1

实施应用

购置选型CNRJ10D471K型压敏电阻，根据线路、模块设计进行制作。在设备输出端子上通过引脚安装，进行测试，在高电压500V时，可以通过压敏电阻泄压，符合设计要求。在石西油田、莫北油田现场200台ECHO5303进行安装，经过1年使用，安装的反向电压保护装置未发生控制器死机、启停故障等现象。当两端的电压等于或超出压敏电阻的敏感电压时，高脉冲被旁路至控制器接地端，高电压过去后，压敏电阻阻值又恢复到无穷大，从而保护后级电路不被高电压或高脉冲击坏。反向电压释放器电路简单，制作方便，可接入控制器输出的启动、停止控制回路中，可大规模对所有控制器进行安装、推广使用。

保护电路

CMOS电路具有成本低、功耗低、速度快等优点。各种接口电路，如USB，IEEE　1394，RS422/485等，均可采用CMOS工艺实现。接口电路通常采用CMOS功率开关作输出缓冲电路。在实际应用环境中，接口电路经常受到反向电压的冲击，因此，必须设计相应的反向电压保护电路。当接口电路遭受反向电压冲击时，接口电路端口电压高于电源电压，此时，保护电路将CMOS功率开关与端口冲击电压隔离，从而保证接口电路的安全。提出一种简洁有效的保护电路。该电路可自动选择CMOS功率开关的衬底和栅极偏置电压，从而抑制反向电流，保障器件安全。这种保护电路没有与CMOS功率开关串联，因此电路的输出驱动能力和功耗效率不受影响。该电路应用于一款接口电路芯片，采用0.6μm标准CMOS数字工艺设计，制作的电路实现了

反向电压保护，获得了良好的效果。

过压保护电路

普通CMOS接口电路输出级如图1所示。图中，

和

为CMOS开关管漏极－衬底之间的寄

生二极管。正常工作时，D1和D2均处于反向截止状态。但在实际电子系统中，经常存在部分元器件掉电、其他元器件正常供电的情况。此时，

为0，而

通过电子系统其他器件可以获得一个正电压。在此情况下，器件输出端遭受反向电压，即输出端电压高于电源端电压，将正向导通，并会流过较大电流，影响器件安全。

图1

为了解决反向电压问题，通常采用二极管进行保护，如图2所示。但是，二极管的存在导致器件输出摆幅下降，影响了器件输出驱动能力。同时，二极管的引入也增大了输出导通电阻，影响输出级的瞬态特性。采用MOS管替代二极管，但为了降低MOS管导通电阻，采用较大宽长比的MOS管，因此占用了较大的版图面积，影响了芯片的性价比。