在電子電路設(shè)計(jì)中，電源反接是一個(gè)可能導(dǎo)致電路損壞甚至引發(fā)安全事故的問(wèn)題。為了避免這種情況的發(fā)生，各種防反接電路應(yīng)運(yùn)而生。下面我們將對(duì)常見(jiàn)的防反接電路進(jìn)行深入解析，尤其聚焦于 MOS 管防反接電路。

經(jīng)典防反接電路

1. 二極管防反接

這種電路利用二極管的單向?qū)щ娦?，將電源的正極與負(fù)極相連。當(dāng)電源極性正確時(shí)，二極管正向?qū)?，電流可正常通過(guò)；而當(dāng)電源極性反接時(shí)，二極管反向截止，電流無(wú)法通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)防反接功能。然而，該電路存在明顯缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)二極管后會(huì)產(chǎn)生壓降，這會(huì)拉低負(fù)載電路的電壓，影響負(fù)載的正常工作。

2. 整流橋防反接保護(hù)電路

整流橋由 4 個(gè)二極管組成，能自動(dòng)糾正電源的正負(fù)極性。當(dāng)電源極性正確時(shí)，整流橋輸出與電源輸出相同；當(dāng)電源極性反接時(shí)，整流橋會(huì)自動(dòng)調(diào)換電源正負(fù)極性。不過(guò)，此電路會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)二極管的壓降，同樣會(huì)拉低負(fù)載電路電壓。

3. PMOS 管防反接

該電路使用 PMOS 管作為開(kāi)關(guān)。當(dāng)電源極性正確時(shí)，MOS 管導(dǎo)通，電流正常通過(guò)；當(dāng)電源極性反接時(shí)，MOS 管截止，電流無(wú)法通過(guò)。MOS 管的導(dǎo)通電阻極小，導(dǎo)通壓降可忽略不計(jì)，這是其顯著優(yōu)點(diǎn)。

與正常 MOS 管應(yīng)用電路不同的是，此處 VDS>0，后續(xù)會(huì)詳細(xì)解釋。

4. 保險(xiǎn)絲 + 穩(wěn)壓管防反接

此電路結(jié)合了保險(xiǎn)絲和穩(wěn)壓管。當(dāng)電源極性正確時(shí)，保險(xiǎn)絲正常工作；當(dāng)電源極性反接時(shí)，穩(wěn)壓管反向?qū)ǎｋU(xiǎn)絲熔斷，切斷電路，保護(hù)后級(jí)電路安全。它不僅能防止反接，還能防止過(guò)壓和過(guò)流。

MOS 管防反接電路詳解

1. VDS<0 的 MOS 管防反接電路

在電源正接時(shí)，PMOS 的寄生二極管截止。假設(shè) VS = 5V，VG = 0V，則 VGS = 0 - 5V = -5V <-VGS (th)，PMOS 導(dǎo)通。但當(dāng)電源反接時(shí)，寄生二極管會(huì)導(dǎo)通，電源與負(fù)載電路未完全斷開(kāi)，這種電路可靠性較差。

2. VDS>0 的 MOS 管防反接電路

當(dāng)電源正接時(shí)，VS = 5V - 0.7V = 4.3V，VG = 0V，VGS = 0 - 4.3V = -4.3V <-VGS (th)，PMOS 導(dǎo)通。而在電源反接時(shí)，寄生二極管和 MOS 管都斷開(kāi)，電源與負(fù)載電路完全斷開(kāi)，可靠性高。

MOS 管寄生電容與 GS 端的串并聯(lián)電阻

寄生電容

MOS 管存在寄生電容，如 C (GD)、C (GS)、C (DS)。寄生電容是指電感、電阻、芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出的電容特性。一個(gè)電阻在高頻下可等效為一個(gè)電容、一個(gè)電感和一個(gè)電阻的串聯(lián)，低頻時(shí)表現(xiàn)不明顯，高頻時(shí)等效值增大。MOS 管常需數(shù)十 K 乃至數(shù) M 的開(kāi)關(guān)頻率，頻率越高，交流成分越大，寄生電容會(huì)通過(guò)交流電流形成柵極電流，消耗電能并產(chǎn)生熱量，不可忽視。MOS 管的寄生電容主要包括輸入電容 (Ciss)、輸出電容 (Coss) 和反向傳輸電容 (Crss)。輸入電容是 MOS 管輸入端施加信號(hào)時(shí)所需的電荷量，由柵極和源極、柵極和漏極之間的電容組成；輸出電容是輸出端施加信號(hào)時(shí)所需的電荷量，由漏極和源極、柵極和漏極之間的電容組成；反向傳輸電容是柵極施加信號(hào)時(shí)所需的電荷量，由柵極和漏極之間的電容組成。這些寄生電容會(huì)影響 MOS 管的開(kāi)關(guān)速度和性能，在電路設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮，避免與外部電路沖突，確保電路正常運(yùn)行。

GS 間的并聯(lián)電阻

GS 間的并聯(lián)電阻有兩個(gè)重要作用。一是作為泄放電阻，釋放寄生電容 Cgs 的電流；二是保證 MOS 管有效關(guān)斷。當(dāng) G 級(jí)開(kāi)路時(shí)，DS 端的電壓會(huì)給 C (GD) 充電，導(dǎo)致 G 級(jí)電壓升高，使 MOS 管不能有效關(guān)斷。有并聯(lián)電阻后，G 級(jí)開(kāi)路時(shí) GS 端等電位，可保證 MOS 管有效關(guān)斷。

G 級(jí)串聯(lián)電阻

G 級(jí)串聯(lián)電阻也有兩個(gè)關(guān)鍵作用。一是減小電流，它與 Ciss（Ciss = Cgd + Cgs）形成 RC 充放電電路，可減小瞬間電流值。二是減小振蕩，MOS 管接入電路時(shí)，引線會(huì)產(chǎn)生寄生電感，與寄生電容一起形成 LC 振蕩電路。開(kāi)關(guān)方波波形包含多種頻率成分，可能與諧振頻率相同或相近，形成串聯(lián)諧振電路。串聯(lián)一個(gè)電阻可減小振蕩電路的 Q 值，使振蕩快速衰減，避免引起電路故障。

圖 1：VDS<0 的 MOS 管防反接電路

圖 2：VDS>0 的 MOS 管防反接電路