【導讀】qichedianyuanxitongchangzaijiweieliedehuanjingxiayunxing
，shuyibaijidefuzaiguazaiqichedianchishang，xuyaotongshiquedingfuzaizhuangtaideqichedianchikenengmianlinjidadetiaozhan。dangfuzaichuyubutonggongzuotiaojianheqianzaiguzhangzhuangtaishi，shejirenyuanxuyaokaolvdianyuanxianchanshengdegezhongmaichongkenengdailaideyingxiang。

本係列的上
、下(xia)兩(liang)篇(pian)文(wen)章(zhang)將(jiang)探(tan)討(tao)如(ru)何(he)設(she)計(ji)防(fang)反(fan)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)。本(ben)文(wen)為(wei)上(shang)篇(pian)

，我(wo)們(men)將(jiang)介(jie)紹(shao)汽(qi)車(che)電(dian)源(yuan)線(xian)上(shang)的(de)各(ge)種(zhong)脈(mai)衝(chong)幹(gan)擾(rao)，然(ran)後(hou)討(tao)論(lun)防(fang)反(fan)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)常(chang)見(jian)類(lei)型(xing)，並(bing)重(zhong)點(dian)關(guan)注(zhu) PMOS電路； 下篇 將討論使用 NMOS和驅動器 IC 實現的防反保護電路設計。

脈衝幹擾

圖 1 顯示了不同應用場景下電源線上可能出現的各種脈衝類型。例如
，當大功率負載突然關閉，電池電壓可能產生過衝；dangdagonglvfuzaituranqidong，dianchidianyajianghuidieluo。dangganyingxianshuturansongdong，fuzaishangjiangchanshengfudianyamaichong。erfadianjiyunxingshi，jiaoliuwenbohuidiejiazaidianchishang。haiyoushiyongtiaoxianshi，beiyongdianchikenengshiyongcuowu，congerdaozhijixingfanjie
，cishidianchidianyajixingchangshijianfanjie。 

圖1: 不同應用場景下的脈衝類型

為(wei)解(jie)決(jue)汽(qi)車(che)電(dian)源(yuan)線(xian)上(shang)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)的(de)各(ge)種(zhong)脈(mai)衝(chong)幹(gan)擾(rao)，行(xing)業(ye)協(xie)會(hui)和(he)主(zhu)要(yao)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)已(yi)經(jing)製(zhi)定(ding)了(le)相(xiang)關(guan)的(de)測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)來(lai)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)線(xian)的(de)瞬(shun)態(tai)脈(mai)衝(chong)。這(zhe)些(xie)標(biao)準(zhun)包(bao)括(kuo) ISO 7637-2 和 ISO 16750-2，以及梅賽德斯-奔馳和大眾汽車的測試標準。防反保護電路作為最前端的電路
，也必須滿足行業測試標準。

防反保護電路

防反保護電路包括三種基本類型，如下所述。

串聯肖特基二極管

這種電路通常用於 2A 至 3A 之間的小電流應用，其電路簡單且成本低，但功耗較大。

在高邊串聯PMOS

對於電流超過 3A 的應用，可以將PMOS放置在高邊。這種驅動電路相對簡單，但缺點是PMOS成本較高。

當電源正接時
，PMOS溝道導通，管壓降小，損耗和溫升低。 當電源反接時
，PMOS溝道關斷，寄生體二極管實現防反保護功能。

在低邊串聯NMOS

這種電路需要在低邊放置一個 NMOS。簡化的柵極驅動電路通常會采用高性價比的 NMOS。該電路的功能類似於放置在高邊的 PMOS。但是
，這種防反保護結構意味著電源地和負載地是分開的，這種結構在汽車電子產品設計中很少使用。

圖 2 對這幾種防反保護電路進行了總結。 

圖 2：防反保護電路的類型

本文將重點介紹PMOS防反保護電路。

PMOS

大多數傳統的防反保護電路均采用PMOS，其柵極接電阻到地。如果輸入端連接正向電壓，則電流通過 PMOS 的體二極管流向負載端。如果正向電壓超過 PMOS的電壓閾值，則通道導通。這降低了 PMOS 的漏源電壓 (VDS)，從而降低了功耗。柵極與源極之間通常會連接一個電壓調節器

，以防止柵源電壓 (VGS) 出現過壓情況，同時還可以保護 PMOS在輸入功率波動時不會被擊穿。

但基本的 PMOS 防反保護電路也有兩個缺點：係統待機電流大和存在反灌電流。下麵將對此進行詳述。

係統待機電流較大

當PMOS用於防反保護電路時， VGS 和保護電路（由齊納二極管和限流電阻組成）周圍會存在漏電流。因此
，限流電阻 (R) 會對整體待機功耗產生影響。

限流電阻的取值不應太大。一方麵，普通穩壓管的正常鉗位電流基本為mA級，如果限流電阻過大，齊納二極管不能可靠導通，鉗位性能會明顯降低，從而導致 VGS 出現過壓風險。另一方麵，限流電阻太大意味著PMOS 驅動電流較小，這會導致較慢的開/關過程。如果輸入電壓(VIN) 發生波動
，PMOS可能會長時間工作在線性區域（在該區域的 MOSFET 未完全導通），由此產生的高電阻會導致器件過熱。

圖 3 顯示了傳統 PMOS 防反保護電路中的待機電流。 

圖 3：傳統 PMOS 防反保護電路中的待機電流

存在反灌電流

在進行 ISO 16750 輸入電壓跌落測試時，PMOS 在 VIN 跌(die)降(jiang)時(shi)保(bao)持(chi)開(kai)路(lu)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，係(xi)統(tong)電(dian)容(rong)電(dian)壓(ya)會(hui)使(shi)電(dian)源(yuan)極(ji)性(xing)反(fan)轉(zhuan)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)故(gu)障(zhang)並(bing)觸(chu)發(fa)中(zhong)斷(duan)功(gong)能(neng)。而(er)在(zai)疊(die)加(jia)交(jiao)流(liu)電(dian)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)測(ce)試(shi)中(zhong)

，由(you)於(yu) PMOS 完全開路
，將導致電流回流。這會迫使電解電容反複充電和放電，最終導致過熱。

圖 4 顯示了輸入電壓的跌落測試。 

圖 4：輸入電壓跌落測試

結語

本文回顧了傳統 PMOS 防反保護電路及其主要缺點，包括大的係統待機電流和反灌電流。 本係列的 下篇 將討論采用 NMOS 和升降壓驅動 IC 設計防反保護電路的優勢。

來源：MPS

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