反向电流阻断和反极性保护
反向电流阻断和反极性保护
- 1. 前言
- 2. 反向电流阻断
- 2.1 定义
- 2.2 来源和危害
- 2.3 优化方法
- 3. 反极性保护
- 3.1 定义
- 3.2 危害
- 3.3 优化方法
- 4.总结
- 参考文献
1. 前言
最近看到TI一篇很好的文章,文章有点长,记录一部分。
在找文章的过程种,发现了一种新思路,当你想去了解某一类器件时,进入这一类器件中打开一个器件的介绍页面,进入技术文档部分,看其参考文档,多看几个器件,一般就会找到此类器件比较系统的介绍。
2. 反向电流阻断
2.1 定义
反向电流是指系统输出端的电压高于输入端的电压,导致电流反向流过系统。
2.2 来源和危害
来源:
- MOSFET用于负载切换应用时,体二极管变为正向偏置
- 当电源从系统断开时,输入电压突然下降。
需要考虑反向电流阻断的场合:
- 功率多路复用供电采用mos控制时
- oring控制。ORing与功率多路复用类似,不同之处在于,不是选择一个电源为系统供电,而是始终使用最高电压为系统供电。
- 断电时,特别是输出电容比输入电容大的多的时候,电压下降的慢。
危害:
- 反向电流会损坏内部电路和电源
- 反向电流尖峰还会损坏电缆和连接器
- mos的体二极管功耗上升甚至损坏
2.3 优化方法
1)采用二极管
二极管,特别是肖特基二极管,天然具有反向电流和反极性保护的功能,但是成本高,反向漏电流大,需要散热。
2)采用背对背的mos
两个方向都可以阻断,但是占板面积大,导通阻抗大,成本高,在mos工作时,不能提供反向阻断。
下图中,控制三极管导通时,其集电极为低,两PMOS导通,当三极管关断时,若输出比输入高,右侧mos体二极管导通,使得其D级为高,使得G级为高,左侧mos体二极管不通,同时由于mos的VSG为体二极管压降达不到门槛电压,所以两mos关断,这样阻断输出到输入的电流。
3)反向mos
反向mos虽然可阻断输出到输入的反电流,但缺点是从输入到输出总有一条体二极管通路,而且不够智能,当输出大于输入时,不能关断mos,还需加电压比较电路,所以就有了后来的理想二极管。
4)负载开关
5)多路复用
多路复用:从两个或更多个输入电源之间选择其中一个为单个输出端供电。
6)理想二极管
形成理想二极管有两个目标,一个是模拟肖特基,二是必须有输入输出比较电路,来使其反向关断。
3. 反极性保护
3.1 定义
反极性指的是电源或者电池输入的正负极接反。
3.2 危害
对MCU、DC/DC转换器或其他集成电路的静电放电(ESD)二极管,连接的电池或者有极性的电容造成严重损坏。
3.3 优化方法
1)使用肖特基二极管
优缺点上节已指出。
2)高压侧使用pmos
当电源正接时,体二极管导通后,pmos导通,当电源反接时,pmos的g为正,vgs大于0导致pmos不通,且体二极管也不通,保护了后级电路的影响。
3)低压侧使用nmos
原理同高压侧使用pmos。
使用用分立mos搭建的缺点是:
- 缺少反向电流阻断
- 低压下pmos的导通电阻大,导致功耗大
- pmos贵
- 没人喜欢地上有波动,所以nmos放地上大概率不用。
4)理想二极管
4.总结
反极性保护和反向电流保护是不同的概念,反极性保护可以防止负压对负载造成损坏,不一定会阻止反向电流。
参考文献
《11 Ways to Protect Your Power Path》
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