如何使用PMOS设计防反电路

1.基本防反小结

防反电路的基本类型有如下图10-1三种：

第一种是串接肖特基二极管。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至3A的小电流应用。

第二种是高边串联PMOS。这种方法的驱动电路简单，当电源正接时，PMOS沟道导通压降小，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。

第三种是在低边串联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。

图10-1：三种基本防反电路

2.PMOS防反接

如图10-2是传统的采用PMOS做防反功能的电路设计，PMOS的G极接电阻到GND，当输入端接正向电压时，电流流过PMOS的体二极管到负载端。

图10-2：传统PMOS防反，起始阶段电流流向

如图10-3所示，当正向电压高于PMOS的门限阈值，自驱效应下主沟道导通，PMOS的VDS压降变低，电流都从主沟道流过，从而实现低损耗。

图10-3：传统PMOS防反，沟道打开阶段电流流向

如图10-4所示，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。

图10-4：传统PMOS方案优化设计

图10-5：PMOS防反接

如图10-5所示为一个完整的高侧端PMOS防反接保护电路，当接口电源正常接入，所以MOS的GS两端电压=VIN-0.7V（体二极管压降电压）。这个电压大于MOS管的VGSTH，MOS管即导通，导通后体二极管相当于被短路，0.7V的压降便不复存在，R1为LED的分压限流电阻，并且LED会被点亮，提示电源接入正常（也可以设计成反接点亮LED）。当电源反接时，PMOS的GS两端电压始终是正值，MOS无法导通。其中Rg是降低NMOS导通时的脉冲电流和分压，稳压二极管D是避免当输入电压过高时导致GS两端电压超过额定值，损坏MOS，假设GS两端电压过高，D会进入反向击穿工作模式，那么在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化，以此来稳住GS两端的最大电压值不超过额定VGS。

3.PMOS防反接的缺点

基本PMOS防反电路具有如下两个缺点：缺点一系统待机电流较大。因为PMOS的体二极管朝向Rload，PMOS防反电路自始至终由稳压管和限流电阻R组成的VGS驱动（G极有电流流向GND）和保护电路都存在暗电流消耗，如图10-6所示，限流电阻R的选择将影响整体的待机功耗。

图10-6：漏电流的产生

可能有人会提出提高R的取值，降低系统的待机电流，事实上，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。当输入电压存在波动时，PMOS可能长时间处于线性区，线性区MOS未完全导通，Rdson会变大，导致PMOS出现过温问题。

缺点二存在反灌电流。采用PMOS做防反电路设计，在做输入电源跌落测试时，如ISO16750。PMOS在输入电压跌落时保持导通，此时系统电容电压会使得电源极性反转，从而导致系统电源故障并触发中断功能。在做输入叠加交流电压测试时，如ISO16750-4.4测试，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。

注意MOS的体二极管的朝向，因为需要防反接，如果体二极管朝向Vin，一旦反接，电流就会从GND--->体二极管--->Vin，直接相当于短路，不会起到防反接的作用，这一点PMOS和NMOS都一样（SCD-9：如何使用NMOS设计防反电路）。