從輸出到輸入，如何才能實(shí)現(xiàn)反向電流保護(hù)

在使用電子元器件時(shí)，你有時(shí)候不可避免地會(huì)聞到明顯是芯片燒焦的味道。這都是反向電流惹的禍。反向電流就是由于出現(xiàn)了高反向偏置電壓，系統(tǒng)中的電流以相反的方向運(yùn)行；從輸出到輸入。幸運(yùn)的是，有很多方法可以保護(hù)你的系統(tǒng)不受反向電流的影響。這是反向電流保護(hù)系列博文的第一篇文章，在這篇文章中，你將能夠?qū)ΜF(xiàn)有解決方案有高層次的總體認(rèn)識(shí)和了解。

原因

反向電流的最常見(jiàn)原因，即反向偏置電壓，就是輸出上的電壓要高于輸入上的電壓，從而使電流在系統(tǒng)中的流動(dòng)方向與你希望的流動(dòng)方向相反。圖1中顯示了這個(gè)情況。

圖1：反向電流

VIN 由于功率損耗突然變?yōu)榱?，使得系統(tǒng)輸出上的電壓高于輸入電壓，這種情況是有可能發(fā)生的。或者是電源MUXing意外地導(dǎo)致了一個(gè)反向電壓事件。

如何防止？

反向電流有可能損壞內(nèi)部電路和電池等電源。事實(shí)上，甚至是電纜都有可能被損壞，連接器的性能也會(huì)被降低。這也是器件著火的原因，就是因?yàn)榇箅娏鲗?dǎo)致功率耗散呈指數(shù)級(jí)別的上升。

保護(hù)功能需要將反向電流保持在非常低的水平上。這意味著對(duì)于反向電壓的限制。有三種常用的方法可以防止反向電流：設(shè)計(jì)一個(gè)使用二極管、FET或負(fù)載開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)。

二極管

二極管與FET相比，它的成本更低，更易于集成。它們非常適合于高壓、低電流應(yīng)用。然而，如果你曾經(jīng)使用過(guò)二極管的話，你一定非常熟悉它所導(dǎo)致的正向壓降，而這會(huì)縮短電池使用壽命，并且使VCC（通常情況下）大約下降0.6-0.8V。這個(gè)壓降會(huì)降低電源電路的效率，并且增加系統(tǒng)的總體功率耗散。

基于這些原因，肖特基二極管是常見(jiàn)的替代器件；它們的正向壓降更低。不過(guò)，它們也更加昂貴，且具有更高的反向電流泄露，而這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)問(wèn)題。圖2顯示的是系統(tǒng)中的一個(gè)用來(lái)阻斷反向電流的二極管。

圖2：二極管反向電流保護(hù)

FET

由于其低正向電壓和高電流處理能力，F(xiàn)ET會(huì)在你必須保持較低功率耗散時(shí)提供幫助。對(duì)于一個(gè)放置在接地路徑中的N類型金屬氧化物半導(dǎo)體 (NMOS) FET來(lái)說(shuō)，你使體二極管的方向與正常電流流向保持一致。通過(guò)使用這種方法，如果有人錯(cuò)誤地安裝了電池，柵極電壓為低電平，這就防止了FET接通。然而，當(dāng)電池安裝正確時(shí)，柵極電壓為高電平，它的通道短接至地。

為了在FET關(guān)閉時(shí)阻斷兩個(gè)方向上的電流，你還可以將FET背靠背連接。與二極管解決方案相比，電源到負(fù)載的壓降更低，不過(guò)這種實(shí)現(xiàn)方式占用了大量的電路板面積。圖3顯示了用來(lái)阻斷反向電流的背靠背FET示例。

圖3：用雙FET實(shí)現(xiàn)的反向電流阻斷

負(fù)載開(kāi)關(guān)

TI負(fù)載開(kāi)關(guān)是用來(lái)接通和關(guān)閉電源軌的集成電子中繼器。大多數(shù)基本負(fù)載開(kāi)關(guān)采用小型集成封裝，由四個(gè)引腳組成：輸入電壓、輸出電壓、使能、和接地，并且包含多重特性，其中有反向電流保護(hù)。圖4顯示了一個(gè)用來(lái)阻斷反向電流的負(fù)載開(kāi)關(guān)。

圖4：負(fù)載開(kāi)關(guān)反向電流保護(hù)

例如，德州儀器 (TI) 的TPS22963 3A負(fù)載開(kāi)關(guān)集成了反向電流保護(hù)以及更多其它功能，這些功能全都包含在一個(gè)1.4mm x .9mm的封裝內(nèi)。圖5顯示的是TPS22963在系統(tǒng)中的常見(jiàn)放置位置。

圖5：TPS22963負(fù)載開(kāi)關(guān)

有數(shù)個(gè)原因會(huì)導(dǎo)致反向電流，VIN的突然損耗，或者是電源MUXing中的突發(fā)事件。這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞，甚至?xí)p壞電源。TI負(fù)載開(kāi)關(guān)可以成為管理反向電流的一個(gè)尺寸、成本都很合適的解決方案。