MOS管防反接电路的原理分析及电路仿真

MOS管防反接电路其功能和二极管防反接电路一样，其目的都是防止电源的正负输入端接反而导致负载电路烧毁等意外情况发生。

MOS管防反接电路相比二极管防反接电路最大的优势是几乎零压降，二极管的压降一般都0.5V~1V左右，但是MOS管就不一样了，MOS管的内阻很小，小的只有几mΩ。   假如5mΩ的内阻，经过1A的电流压降只有5mV，10A电流压降也才50mV。  

  其缺点是成本高、电路略复杂。二极管防反接其电路设计简单，只需串联一个二极管即可，成本也低，缺点是压降大，即使几十mA的小电流二极管的压降也有0.4V~0.6V左右，使用MOS管其压降能做到1mV以下，相差好几个数量级。  

 

代替电源正极串联二极管的设计方法

如下图左侧为常见的电源正输入端正向串联一个二极管用于防止电源反接，这是利用二极管的单向导通特性（正向导通，反向截止）。   图右侧为相应的MOS管防反接电路设计，采用P沟道的MOS管（P-MOS管）代替二极管。请注意P-MOS管D极和S极的方向，接错起不到防反作用。

  防反接原理分析：当电源正负极输入正常时，电源正极经过MOS管Q1后正电压通过寄生二极管D1从漏极（D）流向源极（S），此瞬间电路板有有相应电源，只是有二极管压降约0.7V，控制极G极串联电阻后接到电源负极。

G极和S极之间有相应的压差，VGS=-（VCC-0.7）,P-MOS管导通，电流从MOS管流过，压降减小。 也就是说，上电瞬间，电流先从寄生二极管D1流过，此时压降较大，电流经过P-MOS管的S极之后，P-MOS管导通，电流从MOS管经过，压降变小。 当电源正负极反接时，P-MOS管的G极为正电压，MOS管截止，其寄生二极管D1也截止，S极也为正电压，无法触发P-MOS管导通，因此起到防反接作用。

  代替电源负极串联二极管的设计方法

如下图左侧为电压负输入端串联二极管的防反接电路，正电压从电路板经过二极管，二极管导通，当电源正负极接反时，二极管截止。

图右侧为相应的使用MOS管设计的原理，采用N-MOS管进行设计，请注意N-MOS管D极和S极的方向，接错起不到防反作用。  

  防反原理分析：当电源正负极输入正常时，N-MOS管的控制极G为正电压，接通瞬间，电路板负极电流从寄生二极管D1流向电源负极，此时若电压满足要求，电路板是可以正常工作的，只是有约0.7V的压降。 当负极电流流向电源负极之后，N-MOS管的S极为低电平（电压约0.7V），VGS=VCC-0.7V，MOS管导通，压降变小。 其工作原理也是，刚开始MOS管截止，电流走寄生二极管，之后S极变低电平触发MOS管导通，电流走MOS管。     总结：N沟道和P沟道MOS管都可以设计防反接电路，但是其设计方法不同，一个是接在电源正输入端，一个是接在电源负输入端。 使用MOS管作为防反接电路设计，一般使MOS管工作在饱和区，内阻小，管子内耗也小。 因此，一般应用在输入电源较大的场合，一般5V以上，具体要看管子饱和时的控制电压，不同管子其饱和时控制电压不同，一般5V~10V。 比如3.3V电源系统就不适合使用MOS管作为防反接电路设计了，因为触发电压只有3.3V-0.7V=2.6V，无法触发MOS管导通。  

MOS管做二极管的原理分析及电路仿真

原理分析 如下图所示，左边为NMOS，右边为PMOS，由MOS管的结构可以看出，其衬底B与漏极D整好构成一个PN结，这个PN是由于MOS结构天然而成的，如果将MOS管的各个端进行特殊的连接，就可以得到等效的二极管。

电路仿真 NMOS电路连接方法 NMOS管做为二级管接法时S、G、 B连接在一起作为二级管的阳极，D作为阴极，如下图所示：

NMOS仿真I-V特性曲线

PMOS电路连接方法 PMOS管做为二级管接法时S、G、B连接在一起作为二级管的阴极，D作为阳极，如下图所示：

PMOS二极管接法的I-V特性曲线

编辑：黄飞