輸入電源的防反接保護電路設(shè)計

在硬件設(shè)計中，關(guān)于電路保護的部分是保證系統(tǒng)可靠性的重要一環(huán)，電路保護的設(shè)計具體也包括很多方面，比如：防反設(shè)計，過流保護，過壓保護，欠壓保護，過熱保護等，還包括接口的一些電磁防護設(shè)計。今天來梳理一下相關(guān)的電路設(shè)計點。

先說說輸入電源的防反接保護，這個在實際應(yīng)用中很有用，因為電源插反的現(xiàn)象無論是生產(chǎn)還是應(yīng)用都很常見。

一、我們的產(chǎn)品里用的最多的是利用二極管的單向?qū)щ娦赃M行設(shè)計，這是最簡單的一種方式。缺點也很明顯，有PN結(jié)的壓降，在大電流情況下功耗太大沒法用。

二、利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢詫崿F(xiàn)正負極兼容，這種特點是接反一樣正常工作，但是缺點同上，兩個二極管導(dǎo)致電壓和功耗更大。

三、利用MOS管的低導(dǎo)通電阻特性是目前應(yīng)用較多的方式。

MOS管這里有個問題是為何DS是反的，和正常使用時不一樣。這里MOS管的防反接主要是寄生二極管在起作用。

NMOS的寄生結(jié)構(gòu)：

所以工作過程是：上電時寄生二極管先導(dǎo)通，之后UGS大于開啟電壓，MOS管導(dǎo)通。

如果按照正常用法，我們看到寄生二極管在反接時導(dǎo)通了，沒起到保護作用。

同理PMOS：

下面分析一下MOS的寄生二極管和DS電流問題。我們知道MOS管是單極子導(dǎo)通器件，通過溝道導(dǎo)通，應(yīng)該說是不分DS的，事實上也不能說對。

這是NMOS的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，D和S是在P型的襯底上“挖”出來的，那么D和S到P襯底之間就有PN結(jié)，所以正常使用時我們必須把襯底接到低電位(PMOS是連接到高電位)避免寄生的PN結(jié)導(dǎo)通，S和B連接在一起，這樣的話DS之間就有一個反接的二極管了。正常我們應(yīng)用時D端電壓為高壓，UGS大于VTH導(dǎo)通，而保護電路里反接時寄生的MOS管起到了開啟的作用，反正只要有合適的電壓帶來電場形成反型層溝道，MOS管就能通流工作。一般NMOS的導(dǎo)通電阻比PMOS小，所以用NMOS的較多。

實際應(yīng)用時有很多變形方案，如添加穩(wěn)壓管保護MOS管柵極。

小結(jié)：保護電路簡單但是比較重要，掌握幾種設(shè)計原理和方法能夠很好的提高電路系統(tǒng)的可靠性。