防反接電路探討(反接保護電路)

二極體：

特點：設計直觀


橋式整流：

特點：正負怎麼接都行，成本較高，二極體吃掉的電壓偏大

以上兩種方式都是使用二極體來達成目的，二極體本身有順偏電壓
來算算看一個例子：I=0.3A，Vf=0.7；P=0.7*0.3=0.21W
如果你的電路不允許浪費太多能量在二極體上，可以選擇SBD
但SBD成本更是往上高出一層
因此有了以下方法...

E-MOSFET：
接下來的電路要先了解MOSFET(這邊只介紹N-ch)

圖片左上角是N通道MOSFET物理結構
NPN簡單來說，二極體的正=P 負=N，複雜來說....(請自行研究
在物理結構圖中可以看到G(閘極)和FET本身有一層二氧化矽SiO2(可當作絕緣層)
D(汲極)連接N；S(源極)接著P基體和N
因為S極把P和N接在一起，所以S和D之間會有一個寄生二極體(S的P和D的N形成PN)
當在G極上施加正電壓時，會在絕緣層的另一端產生電場(負被正吸引、集中)

被吸引、集中的電子便產生一個通道使S和D之間導通

該通道的電阻值會隨著電壓不同而改變(反比)
當電壓夠大時，電阻值會達到最小值(趨近於完全導通)

基本上介紹到這邊就夠用來理解以下電路..

首先SD存在寄生二極體導通，整個電路形成迴圈開始運作
SD兩端與接地相通，G極施加正電壓，形成N通道直至完全導通
此時MOSFET在該電路中如同隱形
如果反接呢?

首先SD之間的寄生二極體不導通，電路無法運作
G極施加負電壓，通道無法形成
此時MOSFET在該電路啟動功能

延伸探討：
設計時應考慮GS端電壓是否過大，如果過大可以使用電阻分壓(建議選配)

也可以再加上Zener(穩壓)二極體保護MOSFET(選配)

更進階的接法中，可以並上一顆電容達到軟啟動目的(選配)
(電容逐步充電，G極電壓隨時間變大，N通道逐步形成直至導通)

電容充電示意圖

選配功能除了Zener二極體需要搭配分壓電路以外，其餘都能夠自由搭配

以上都是使用N-ch做的電路，如果使用P-ch呢?
一切顛倒過來就對了!

說到這邊
MOSFET反接保護電路有什麼特點呢?
1.完全導通時電阻值很小(甚至到mΩ)，可以省略
2.MOSFET價格不貴，甚至在有些時候成本比二極體低(使用SBD)
3.能量耗費比二極體甚至SBD還要低
來算算看吧，跟剛剛一樣的條件；I=0.3A，R=1.5Ω，W=1.5*0.3*0.3=0.135W
比剛剛使用二極體：I=0.3A，Vf=0.7；P=0.7*0.3=0.21W
少了0.075W；如果把二極體升級成SBD呢?
I=0.3A，Vf=0.47；P=0.47*0.3=0.141W 還是輸MOSFET
而且此時二極體成本已經來到9.1塊錢
MOSFET加上最基本的分壓電路成本也就8.3塊錢
在量產時每塊錢都很珍貴!!

延伸電路：
軟啟動電路

最後附上我在這裡找到的實際應用電路

這是使用P通道MOSFET設計的，所以是負電壓導通

假設現在使用乾電池系統供電，Q3的G極得到負電壓(導通)>>
Q4一樣導通
USB接上，基本上USB比乾電池電壓還高>>Q3的G極變成正電壓>>
Q3斷路>>Q4的G端電壓大於S端(S端的線路經過二極體後會降壓)>>Q4斷路

個人覺得該電路的Q4可以省略，兩個MOSFET應該是為了雙重防護
畢竟對乾電池充電可不是鬧著玩的~









參考來源：
http://www.itread01.com/content/1496977089.html
http://blog.163.com/fimnl_332804338/blog/static/22754406020139273537847/
https://read01.com/zh-tw/zBjkJR.html#.WfI8qGiCxPY
http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_6.html
https://read01.com/zh-tw/5Qo8eL.html#.WfMwa2iCxPY
電路繪製/模擬軟體：
https://www.circuitlab.com
http://everycircuit.com/app/