防反电路一定要用PMOS吗？

汽车电源系统是极其恶劣的系统，数以百计的负载挂在汽车电池上，同一时刻这些负载的工作状态各不相同，也无法确定。

因此，设计时需要考虑这些负载处于不同工况时，处于各种潜在故障状态下，电源线所产生的各种脉冲可能带来的影响。

下图就描述了不同应用场景下，电源线上可能出现的各类脉冲。

比如，当突然关闭大功率负载时，电池电压会出现过冲；当突然启动大功率负载时，电池电压会出现跌落；当感性线束突然出现松动时，负载会看到负向电压脉冲；当汽车发电机工作时，会在电池上叠加交流纹波；甚至，当出现道路救援时，备用电池可能出现极性反接的错误操作，此时电池电压极性长时间反接。

为了覆盖这些汽车电源线上可能存在的各种脉冲干扰，行业协会和各大整车厂纷纷制定了相关的测试标准，用来模拟电源线瞬态脉冲。比如 ISO7637-2，ISO16750-2，还有奔驰和大众等车厂测试标准等。防反电路作为最前端的电路，在实现防反功能的同时，还需要满足上述各种测试标准。

了解完汽车相关测试标准后，我们来看一下防反电路的基本类型：

1

--- 串联肖特基二极管

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 2-3A 的小电流应用。

2

--- 在高边串联 PMOS

这种方式的驱动电路简单，当电源正接时，PMOS 沟道导通，管压降小，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。

3

--- 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，在汽车电子产品设计中，很少用到。

下面我们来详细介绍 PMOS 的防反电路设计。

如下是最传统的采用 PMOS 做防反功能的电路单元，PMOS 的门级接电阻到地。当输入端接正向电压时，电流流过 PMOS 的体二极管到负载端，当正向电压高于 PMOS 门限阈值电压，则会导通沟道，PMOS 的 Vds 压降降低，从而实现低损耗。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；

但基本 PMOS 防反电路具有如下两个缺点：

01系统待机电流较大

PMOS防反单元电路，自始至终，由稳压管和限流电阻构成的Vgs驱动和保护电路都存在暗电流，这样限流电阻R的选择将影响整体的待机功耗；

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为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，当输入存在电压波动的时候，PMOS可能长时间存在于线性区，导致PMOS出现过温的问题。

02存在反灌电流。

采用基本 PMOS 做防反电路设计，在做输入电源跌落测试时，随着输入电压跌落，PMOS 沟道仍导通，此时系统电容的电压会反灌电源，导致产品的系统掉电，功能中断。在做输入叠加交流电压测试时，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。

在了解完传统 PMOS 做防反电路设计的缺点后，我们不禁要问，有没有更好的，能够应对汽车电子系统中复杂电源脉冲测试的防反电路设计方案呢？

审核编辑 ：李倩