防反接电路的用处很容易理解，实现也相对简单，但是防倒灌电路则可能到用到的时候才会发现有点复杂。比方说，一个东西既支持用PD 供电输入20V，又可以直接DC 输入24V，USB 5V 供电时也能亮，还允许插着DC 供电的同时插着USB 线连接上位机，并且传输数据的USB 接口和PD 供电接口是同一个，这时问题就出现了，DC 24V 可能会通过USB 的VBUS 直冲上位机。
最万无一失、最豪华的方案可能是给VBUS 上串一个隔离变压器，先逆变再变回DC，这样一来有变压器挡着，后级电压绝对跑不到上位机去。说不定有些地方就是这么做的，只不过太豪华了。最贫穷的就是直接串个二极管，和最简单的防反接电路一样，但是当VBUS 需要在PD 模式下承担功率时问题就复杂了，二极管的功耗不可接受。一种方案是所谓的理想二极管，就是功能和二极管一样，可以反向截止，实现防反接和防倒灌保护，又没有二极管的正向压降。只不过专用的理想二极管芯片太贵了，赶得上一片STM32，规格也太高，车规、上百伏电压什么的。
Reverse Current Protection Using MOSFET and Comparator to Minimize Power Dissipation
使用MOSFET 和比较器实现反向电流保护，从而减小功耗。
反向电流的定义
反向电流是指负载端试图将电流倒灌回电源。这种现象可能在电源电压突然降低或者完全消失的时候发生，以及当电源连接时，负载端的退耦、旁路电容或者电池也可能使电流倒灌。此外，负载端电压可能超过电源端，这也会导致反向电流，比如存在感性负载导致的反向电压，或者由失效的电池充电电路外泄的电压。
注：当然也可能出现在并联多个电源的时候，一个电源往另一个电源嘴里塞
基于比较器的反向电流保护
如图1 所示，一个比较器输入端跨接在MOSFET 两端，从而检测电路中电流的方向：
注：这里NMOS 的用法和防反接电路里的PMOS 类似，都是让体二极管方向和电流方向相同。用前面的电荷泵实现NMOS 高边驱动
在正常的正向电流情况下，由于MOS 管的导通电阻R d s ( o n ) R_{ds(on)}R
ds(on)
，MOS 管的源极到漏极会存在一个轻微的压降，使漏极电压低于源极。比较器检测的就是这个压降。当电流反向，漏极的电压将会高于源极，比较器检测到这种情况，然后输出低电平，使MOS 管关断，从而断开负载。
注：MOS 管具有双向导电性，已经开启的MOS 管上电流可以双向流动，和BJT 三极管不同。
MOS 管导通时两端能产生的压降不过数十毫伏，共地连接的比较器需要精心设计输入电压偏置电路，使共模输入电压保持在比较器的工作参数范围内。这个附加的偏置电路也会增加噪声和漂移，影响对小信号的检测。
为了消除偏置电路引入的噪声和漂移，同时还能提供足够的电流用来驱动MOS 管，比较器的公共端（接地端）悬空连接到电源电压（V B A T T V_{BATT}V
BATT
），于是输入端和输出端都能直接连接到MOS 管上。
注：接地端接到电源电压，运放的共模输入电压以电源正端为参考，等于给输入加了一个负的偏置
此时要让比较器能工作，需要给它提供高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的供电电压。比较器的供电电压（电源正端到接地端的压差）不能太低，否则无法驱动MOS 管使其完全导通，但是也不能高于MOS 管的栅极最高电压V G S ( m a x ) V_{GS(max)}V
GS(max)
。对于大部分MOS 管，5V 是个不错的栅极驱动电压。
要生成这个高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的电压用来驱动比较器和MOS 管，这里使用了一个电荷泵。给电荷泵电路输入一个方波信号就能输出高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的DC 电压。由于电荷泵的输入是一个电容，也就是交流耦合的，所以允许使用一个基于地电平的振荡器作为信号源。完整电路如下图：
注：左边555 输出方波，加上D2、C2、D3、C3 就组成所谓的迪克森电荷泵。R2 和C4 是RC 滤波，Z1 用来给运放稳压
比较器放在MOS 管旁边检测V D S V_{DS}V
DS
电压。为了最小化V B A T T V_{BATT}V
BATT
线上的噪声或瞬态影响，比较器电路悬空放在V B A T T V_{BATT}V
BATT
上。这消除了共模抑制的问题，也不再需要一个会造成信号减速和衰减的输入偏置电路。
注：原文这里写了一大段介绍电荷泵的原理，简直和写论文水字数一样~ 就不翻译了，想知道的可以去搜个视频讲解看看，绝对比干看文字舒服
比较器反相输入端的二极管D4A，D4B（BAT54A 是双肖特基二极管） 和电阻R5 用来将反相输入电压钳位到V B A T T ± 300 V_{BATT} \pm 300V
BATT
±300 mV。如果反相输入端被拉低到小于V B A T T V_{BATT}V
BATT
时就需要钳位，比如当上电时，MOS管通过体二极管导通。这个钳位电路也会在负载端产生高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的反向电压时起到保护作用。
R6 是下拉电阻（或者说是栅极放电电阻），用来在比较器未工作时保证MOS 管不导通。
R3 和R H Y S T R_{HYST}R
HYST
为比较器提供可选的迟滞，如果在无负载或小负载时有噪声或振荡，迟滞能保证稳定。迟滞的数值要在稳定性和最小的导致比较器触发的反向电流这两方面做出取舍，迟滞越大，反向电流的最小触发值就越大。关于迟滞特性的信息，可以参考原文第7 段 - 参考文献。
旁路电容C5 是必要的，因为电荷泵需要一个对地交流阻抗较低的通路才能正常工作。如果没有C5，电荷泵的峰值电流可能从MOS 管的检测部分流过，导致比较器被错误触发，尤其是当MOS 管处于反向电流保护状态或体二极管状态。
注：可能是指会有电流从电荷泵经过MOS 管的体二极管流过，导致漏极比源极电压低，比较器就会使MOS 管导通
元件选取
MOSFET
MOS 管的导通电阻R D S ( o n ) R_{DS(on)}R
DS(on)
对电路的性能有最大的影响，导通电阻越低，触发保护所需的反向电流就越大。这是因为导通电阻越低，MOS 管上的压降就越低，因而需要更大的反向电流才能达到比较器的触发电压。
注：意思就是触发保护之前可能出现较大的瞬间反向电流，如果电源端有TVS 以及别的钳位保护，或者输出电容够大、ESR 够低，那么只要反向电流持续时间足够短应该就没事，也就是要比较器动作快。以及导通电阻非常低这个优点此时变成了缺点，那么天生导通电阻比较大的PMOS 其实更适合用在这里
必须要指出的是，MOS 管的导通电阻具有正温度系数，也就是导通电阻随温度增加而增加。这就导致当温度上升时，反向电流阈值会下降，反之则上升。所以必须在低温时测试最大触发电流。
注：所谓的worst case 是在低温时，温度上升后这个电路的表现会提升
如果一个MOS 管的导通电阻是20mΩ，1A 的反向电流就会在MOS 管漏极和源极之间产生20mV 压降。这时的栅源电压V G S ( o n ) V_{GS(on)}V
GS(on)
就被叫做“感应”电压。
注：原文 This VGS(ON) voltage will be referred to as the “sense” voltage，没看懂
对于上图的电路，MOS 管选择了Nexperia 的BUK9K17-60，在V G S V_{GS}V
GS
约4V 时它的导通电阻约20mΩ，V D S ( m a x ) V_{DS(max)}V
DS(max)
为60V，封装是SO-8，方便用在面包板上。
比较器
运放的输入失调电压可被视为和输入的检测电压串联，取决于失调电压的极性，它可能提高或者降低实际输入的检测电压，从而成为影响阈值电压的最重要因素之一。微小的检测电压必须克服失调电压后才能到达到比较器的阈值。比较器的数据手册中，失调电压的规格是不分极性的绝对值（±1mV），所以在计算误差范围时，必须综合考虑失调电压的两种极性。
MOS 管的栅极电容较大，通常约1nF，所以为了避免迟缓的开关时间，采用推挽输出的比较器更合适。为了实现尽量快的响应时间，比较器必须尽可能快的关闭MOS 管，更强的电流输出能力允许比较器更快的开关MOS 管。
Suitable devices are the TLC3701, TLV3201, TLV7011, LMV761 and LMV7239 comparator families.
其他元件
R2 电阻的取值要考虑到对比较器启动时间的不利影响，因为冷启动上电后，比较器的旁路电容C3 要经过R2 充电。C4 电容的容量越大，比较器电路的启动时间也越长，在这段时间内，MOS 管处于体二极管正偏导通状态。然而，如果V B A T T V_{BATT}V
BATT
电压被中断或者瞬间降低，较大的C4 容量可以提供更长的“保持时间”，让电路仍能发挥保护效力。
仿真
注：测试电路是让V B A T T V_{BATT}V
BATT
极性周期变化，看比较器电路能不能截断负载端的负半周电流，就像二极管那样。第一条线I l o a d I_{load}I
load
是负载端电流，第二条是V B A T T V_{BATT}V
BATT
，第三条是比较器的输出电压V c o m p o u t V_{compout}V
compout
。比较器输出高电平时MOS 管导通
如上图4 所示，当I l o a d I_{load}I
load
电流过零，向负方向移动时，比较器的输出变为低电平关断了MOS 管，隔离了负载，将负载端电流变为零。
上图5 展示了电流负半周和比较器输出状态的放大视角，可以看出反向电流触发点的位置。
注：图里可以看出电流是先反向走了一会然后比较器才触发，所以上半部分的I l o a d I_{load}I
load
曲线有一个负尖峰，但是后面电流上升的时候比较器动作几乎没有延迟
反向电流的检测用了更长的时间，因而图中的电流曲线出现了“下冲”，这是因为这时MOS 管正处于导通状态，导通电阻很小，所以MOS 管上的压降很小。电流上升时则相反，此时MOS 管不导通，两端的压降是体二极管的0.8V 正向压降。如果反向电流的下冲是不可接受的，或许有必要给MOS 管串联一个电阻，从而增加压降。
对反向电流的响应时间取决于四个参数：
MOS 管的导通电阻R D S ( o n ) R_{DS(on)}R
DS(on)
；
比较器的失调电压；
比较器的传播延迟；
电流曲线的上升/下降时间；
比较器的迟滞；
第1、2和第5 个参数在DC 环境有最大的影响，会延长转变时间。考虑到不同MOS 管的参数差异以及不同负载下的变化，导通电阻可能造成最大的影响。
当电流的边缘上升/下降率和比较器的响应时间接近时，第3 和第4 个参数会决定触发电流的最小值。因为比较器的响应时间基本固定，所以电流边缘更加陡峭时，反向电流的最大值会上升。可以使用速度更快的的比较器，但是电路的响应时间还取决于比较器驱动MOS 管的速度，MOS 管栅极电容充放电的过程也会造成延迟。
注：意思就是如果电流曲线非常陡峭，那么到比较器准备关断MOS 管时，电流已经远远超过了触发点
添加迟滞可以最小化电流接近阈值时的振荡，但是也会对触发点造成很大影响。
测试结果
注：这部分是实际电路的测试结果，同样挑重点
负载电流验证
注：测试原理和仿真的相同，左半边是保护关闭的情况，右边图里最上边是被保护电路砍掉负半周的负载电流。蓝线和绿线之间是比较器的供电电压，基本不随V B A T T V_{BATT}V
BATT
的起伏变化
左图中顶部青色电流曲线清楚的显示了负载电流变化的过程：下降到-2A，过零，然后上升到+2A。绿色曲线是V B A T T V_{BATT}V
BATT
电压，在11V 到13V 之间变化。蓝色线是比较器由电荷泵产生的供电电压，由稳压管控制在V B A T T V_{BATT}V
BATT
+ 5V。蓝色线是比较器驱动MOS 管的输出电压，输出低电平时，实际电压等于V B A T T V_{BATT}V
BATT
，高电平则等于供电电压。当电流反向时比较器输出低电平，电流正向时为高电平。
电路的运作
保护电路启用后，由上面的图7 可见，当负载电流过零转入负半周时，比较器输出低电平，导致负载电流负半周被截断，当负载电流过零上升时，比较器输出高电平。当反向电流接近触发点时，比较器的输出存在轻微的振荡。
上图8（左边）展示了反向电流（青色）的下冲区和比较器的输出状态（玫红），当反向电流接近-150mA 时，比较器的输出发生了振荡（左边下降沿），当反向电流达到-300mA 时，比较器被完全触发。在电流的负半周，MOS 管保持关断状态，因为比较器输出低电平，MOS 管栅源电压V G S V_{GS}V
GS
= 0V。
在比较器应用中，当输入信号（差模电压）接近零，并且处于转变的边缘时，这种振荡是常见的，此时比较器是被噪声触发。后文会讨论如何减少振荡。
当电流过零上升时，比较器输出高电平，驱动MOS 管开启，接通负载。在没有导通时，MOS 管两端的电压是最大的，由于正向偏置的体二极管在MOS 管两端制造的大约700mV 的电压，正向开启的速度更快，触发的一致性也更好。
上文已经提到过，反向电流下冲的量主要取决于MOS 管的导通电阻，比较器的失调电压以及附加的迟滞。
应用迟滞
要减少比较器的输出振荡，可以给电路添加迟滞。然而，迟滞会提高触发点（绝对值），从而降低灵敏度并提高反向电流的触发点。
上图9（右边）展示了添加1MΩ 迟滞电阻（R H Y S T R_{HYST}R
HYST
）降低振荡的效果。可看出，反向电流的触发点移动到了大约-500mA，因为比较器需要更高的输入电压以克服迟滞效应增加的阈值。
注：不过也可以看出，下降沿的振荡确实没了
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