直流电源极性判定电路设计

(资料图片仅供参考)

【任务】某直流电源（或电池）产线上需对产品的极性进行快速测试，以避免正负极色相或标志错误。试设计一个极性判定指示电路，以提高不合格品筛选效率。

【构思】批量测试直流电源极性最高效的方法并不是使用仪表类，而是利用LED的直观指示来显示极性。我们不妨使用两个LED：绿色LED亮表示产品接入的极性正确，红色LED亮表示产品接入的极性相反。据上理由，设计的起点如下图：

接下来的目标是使这两个LED各自根据电源的极性形成回路点亮，假定电源的额定电压为15V，额定电流为0.5A，LED的工作压降为2V，工作电流为10mA。显然我们必须增加电阻对LED限流。

上面的电路没有形成回路，LED尚不能工作。我们最”暴力“的想法是将每只LED的强行连接到对面相反的极性端。

很快，我们发现上面的电路仍然不能正常工作，因为部分支路被短路了。于是，我们可仿照蒸馏电路的设计方法，在上面的两条短路支路上各增加一个正向连接的二极管。

上面的电路非常难看，我们不妨进行一下等效拓扑变换：

既然两个LED的参数相同（只有发光颜色不同），干脆共用一个限流电阻，而该电阻的一端已连接LED的负极，那么另一端必然连接分支路的二极管正极（继承了极性连接关系）：

上面的电路工作分析：当产品接入极性一致时，电源正端经绿灯LED_GREEN、限流电阻R、二极管D2回到电源负极形成工作回路，绿灯亮；当产品接入极性相反时，电源正端经绿灯LED_RED、限流电阻R、二极管D1回到电源负极形成工作回路，红灯亮。这就达到了判定电源极性的目的。

【计算】由于电源额定电流为0.5A，D1、D2可选择正向电流为1A的1N4007（即使LED发生故障也留足了余量）。已知LED的工作压降为2V，工作电流为10mA，电源电压为15V，假定D1、D2正向压降为0.7V，限流电阻R=(15-2-0.7)/10=1.23k（取标注系列的1.3k）。最终的设计如下图：