防反电路的基本类型:
1、串联肖特基二极管
这种方式的优点是简单,成本低,但损耗较大。一般用于电流不超过 2-3A 的小电流应用。
2、在高边串联 PMOS
这种方式的驱动电路简单,当电源正接时,PMOS 沟道导通,管压降小,损耗和温升低,当电源反接时,PMOS 沟道关闭,寄生体二极管实现防反的功能。缺点是,PMOS 成本较高。一般用于电流超过 3A 以上的大电流应用场合。
3、在低边串联 NMOS
这种方式栅极驱动电路简单,且 NMOS 成本较低。其工作原理和 PMOS 类似。但由于这种防反结构使得电源地和负载地被分割,在汽车电子产品设计中,很少用到。
详细介绍PMOS的防反电路设计
如下是最传统的采用 PMOS 做防反功能的电路单元,PMOS 的门级接电阻到地。
当输入端接正向电压时,电流流过 PMOS 的体二极管到负载端,当正向电压高于 PMOS 门限阈值电压,则会导通沟道,PMOS 的 Vds 压降降低,从而实现低损耗。
一般我们会在门级和源极之间接稳压管,防止输入电源波动时,栅源极 Vgs 出现过压,击穿 PMOS;
但基本 PMOS 防反电路具有如下两个缺点:
1.系统待机电流较大
PMOS防反单元电路,自始至终,由稳压管和限流电阻构成的Vgs驱动和保护电路都存在暗电流,这样限流电阻R的选择将影响整体的待机功耗;
限流电阻R的取值不宜过大。一方面,普通稳压管的正常钳位电流基本为mA级,如果限流电阻过大,稳压管没办法可靠导通,其钳位的性能大打折扣,Vgs存在过压的风险;
另一方面,限流电阻越大,PMOS的驱动电流越小,其开通和关断的过程就越慢,当输入存在电压波动的时候,PMOS可能长时间存在于线性区,导致PMOS出现过温的问题。
2.存在反灌电流。
采用基本 PMOS 做防反电路设计,在做输入电源跌落测试时,随着输入电压跌落,PMOS 沟道仍导通,此时系统电容的电压会反灌电源,导致产品的系统掉电,功能中断。
在做输入叠加交流电压测试时,由于 PMOS 完全导通,同样存在电流反灌的现象,导致电解电容反复充放电,电解电容存在过热隐患。
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