反向極性保護(hù)這個(gè)詞許多工程師并不陌生。大多數(shù)前端電源系統(tǒng)，特別是電子汽車領(lǐng)域中，極性反接保護(hù)成為連接電池的 ECU/系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。
它主要防止在浪涌事件，或者感應(yīng)負(fù)載與電池?cái)嚅_連接期間出現(xiàn)動(dòng)態(tài)反極性情況，因?yàn)榉聪蜻B接的電源會(huì)出現(xiàn)損壞連接的子系統(tǒng)、電路和組件的可能性。
一般情況下，肖特基二極管會(huì)是防止反極性條件的傳統(tǒng)選擇，但正向?qū)ㄔ斐傻墓β蕮p失后。需要額外進(jìn)行詳細(xì)的熱計(jì)算評(píng)估，這導(dǎo)致系統(tǒng)成本和空間增加。在科技產(chǎn)品不斷更新迭代與快速進(jìn)步的時(shí)代下，我們有了更加便利和更加高效的反極性保護(hù)方法。
本文要點(diǎn)
本期內(nèi)容我們要講解的是肖特二極管和MOSFET的反極性保護(hù)，著重講解的是MOSFET反極性保護(hù)的情況，進(jìn)而比較NMOS和PMOS兩者在其中的工作分析。
在此之前，先簡單說一下“傳統(tǒng)二極管保護(hù)”。
防止輸入極性反向的常用方法：在系統(tǒng)電源路徑的輸入端添加一個(gè)串聯(lián)二極管。
作用：一般情況下負(fù)載電流沿二極管的正向流動(dòng)。但如果電池安裝的極性錯(cuò)誤，二極管就會(huì)反向偏置并阻斷反向電流，從而保護(hù)負(fù)載免受負(fù)電壓的影響。
這種簡單傳統(tǒng)的反向極性保護(hù)存在一些缺點(diǎn)：
1、功率耗散，在較高負(fù)載電流下，正向壓降導(dǎo)致的正向?qū)〒p耗會(huì)明顯損失；
2、熱管理（前面有提到），管理功耗需要散熱器增加了總成本和空間；
3、更高的正向電壓降；
4、反向漏電流，二極管的反向漏電流隨著結(jié)溫的升高而猛烈增加，導(dǎo)致產(chǎn)生功耗更高。
二極管的反向極性保護(hù)
與肖特基二極管相比，MOSFET的壓降一般要低得多。
首先來講P MOS進(jìn)行反向極性保護(hù)
上期我們有講到MOSFET的體二極管，與所有 MOSFET 一樣，P MOS 在源極和漏極之間同樣有一個(gè)本征體二極管。
當(dāng)電池連接時(shí)體二極管導(dǎo)通，隨后 MOSFET 的溝道導(dǎo)通。
這里有個(gè)前提條件我們之前也提到過，要使 P MOS 導(dǎo)通，柵極電壓需要比源極電壓低至少 VT（閾值電壓）。當(dāng)電池反接時(shí)，體二極管反偏，柵極和源極電壓會(huì)相同，因此 P MOS 關(guān)斷。
PMOS提供極性反接保護(hù)
這時(shí)，使用一個(gè)額外的齊納二極管來箝位 P MOS 的柵極，在電壓過高起到保護(hù)作用。
使用N MOS進(jìn)行反向極性保護(hù)
當(dāng)電池正確連接時(shí)，即源極連接到 VBAT，要使 MOSFET 導(dǎo)通，柵源電壓（Vgs）必須高于閾值電壓（Vth）。因?yàn)樵礃O連接到 VBAT處，所以柵極電壓需要比 VBAT 高至少Vth（閾值電壓）。
因此，我們可以使用一個(gè)專用驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng) N MOS 的柵極電壓，讓其高于源極電壓，使NMOS導(dǎo)通。當(dāng)電池反接時(shí)，體二極管反偏，接著驅(qū)動(dòng)器被禁用（源極和柵極短路），N MOS 關(guān)斷。
NMOS提供極性反接保護(hù)
三者的比較分析
從以上的分析可以對肖特二極管及MOSFET進(jìn)行簡單的對比。
肖特二極管
優(yōu)點(diǎn)：成本較低，操作簡單
缺點(diǎn)：功耗損耗較高，壓降較高
MOSFET
優(yōu)點(diǎn)：1.產(chǎn)品具備靈活性（不同的RDS(ON）的MOSFET）
2.功耗較低，壓降較低
缺點(diǎn)：1.RDS(ON)較低的MOSFET成本較高，總成本可能略高（需要利用額外的控制器）
2.有一定的復(fù)雜度
NMOS和PMOS的使用比較
我們知道P MOS的操作一般取決于空穴的遷移率，而 N MOS的操作取決于電子的遷移率。
對于相同的漏極電流，電子的遷移率比空穴的遷移率更高，幾乎 2.5 倍。因此，為實(shí)現(xiàn)相同的導(dǎo)通電阻，P MOS的芯片尺寸需要比 N MOS 更大，這也造成相應(yīng)的成本也更高。所以在反向極性保護(hù)中，NMOS會(huì)更適合此類應(yīng)用。
同樣上面我們也提到了，選擇低導(dǎo)通電阻的MOSFET產(chǎn)品也是其優(yōu)勢之一。微碧VBsemi的MOSFET產(chǎn)品具有較低的導(dǎo)通電阻，更小的尺寸和較優(yōu)的散熱功能，可提供強(qiáng)大的反向極性和反向電流阻斷。
可以根據(jù)自身應(yīng)用需求以及各種電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用場景，選擇所匹配的MOSFET 。
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