場效應管防反接電路原理分析

在沒有防反接電路的設計中，如果用戶接反電源正、負極，可能會發生意外事故或者燒壞電子產品。為了防止這些意外發生，提高產品的可靠性，我們可以設計一個防反接的電路。我們可以用二極管設計防反接，也可以用場效應管設計防反接電路。場效應管導通內阻很小，通常隻有幾個毫姆，壓降非常小。使用二極管設計防反接電路雖然簡單、成本低，但會占用較多的壓降。
P MOS管防反接電路
用P溝道場效應管防反接電路是最常見的設計，可以把P MOS管加在電源正極一端。
如果正確接電，P MOS管的寄生二極管會導通，電源通過負載形成回路，柵極(G)電位為零，源極(S)電壓比電源電壓低大約0.6V，Vgs為負，使PMOS管導通，電流就可以正常的從漏極(D)流向源極(S)，使後端電路正常工作。
如果輸入的電源正、負極接反，場效應管的G極是高電平，PMOS管不導通，後端電路不工作，起到保護作用。
N MOS管防反接電路
用N溝道的場效應管同樣可以設計防反接電路，用NMOS管設計防反接電路時，NMOS管放在負極端。
正確接電時，剛上電時，NMOS管的寄生二極管導通，源極(S)的電位大約為0.6V，柵極(G)電壓為電源電壓，如果Vgs大於門極開啟電壓，場效應管導通，電流就可以正常的從源極(S)流向漏極(D)，使後端電路正常工作。
如果電源正負極接反，柵極(G)電位為零，NMOS管不導通，後端電路不工作，起到保護作用。
二極管防反接電路
二極管防反接電路是最簡單的，成本也低。利用二極管單向導通的特性，電源正、負極接反後，電流不能通過二極管，起到保護作用，但二極管的導通壓降壓較大，一般都會有0.3V~0.7V，會占用電源較多的壓降，對電源壓降要求不高的應用可以使用二極管設計防反接電路。
防反接的二極管可以設計在電源正極一端，也可以設計在電源負極一端。

場效應管防反接電路其功能和二極管防反接電路一樣，其目的都是防止電源的正負輸入端接反而導致負載電路燒毀等意外情況發生。場效應管防反接電路相比二極管防反接電路最大的優勢是幾乎零壓降，二極管的壓降一般都0.5V~1V左右，但是場效應管就不一樣了，場效應管的內阻很小，小的隻有幾mΩ。假如5mΩ的內阻，經過1A的電流壓降隻有5mV，10A電流壓降也才50mV。

其缺點是成本高、電路略複雜。二極管防反接其電路設計簡單，隻需串聯一個二極管即可，成本也低，缺點是壓降大，即使幾十mA的小電流二極管的壓降也有0.4V~0.6V左右，使用場效應管其壓降能做到1mV以下，相差好幾個數量級。
代替電源正極串聯二極管的設計方法
如下圖左側為常見的電源正輸入端正向串聯一個二極管用於防止電源反接，這是利用二極管的單向導通特性（正向導通，反向截止）。圖右側為相應的場效應管防反接電路設計，采用P溝道的場效應管（P-MOS管）代替二極管。請注意P-MOS管D極和S極的方向，接錯起不到防反作用。

防反接原理分析：當電源正負極輸入正常時，電源正極經過場效應管Q1後正電壓通過寄生二極管D1從漏極（D）流向源極（S），此瞬間電路板有有相應電源，隻是有二極管壓降約0.7V，控製極G極串聯電阻後接到電源負極。G極和S極之間有相應的壓差，VGS=-（VCC-0.7）,P-MOS管導通，電流從MOS管流過，壓降減小。也就是說，上電瞬間，電流先從寄生二極管D1流過，此時壓降較大，電流經過P-MOS管的S極之後，P-MOS管導通，電流從MOS管經過，壓降變小。
當電源正負極反接時，P-MOS管的G極為正電壓，MOS管截止，其寄生二極管D1也截止，S極也為正電壓，無法觸發P-MOS管導通，因此起到防反接作用。
代替電源負極串聯二極管的設計方法
如下圖左側為電壓負輸入端串聯二極管的防反接電路，正電壓從電路板經過二極管，二極管導通，當電源正負極接反時，二極管截止。圖右側為相應的使用場效應管設計的原理，采用N-MOS管進行設計，請注意N-MOS管D極和S極的方向，接錯起不到防反作用。

防反原理分析：當電源正負極輸入正常時，N-MOS管的控製極G為正電壓，接通瞬間，電路板負極電流從寄生二極管D1流向電源負極，此時若電壓滿足要求，電路板是可以正常工作的，隻是有約0.7V的壓降。當負極電流流向電源負極之後，N-MOS管的S極為低電平（電壓約0.7V），VGS=VCC-0.7V，場效應管導通，壓降變小。其工作原理也是，剛開始場效應管截止，電流走寄生二極管，之後S極變低電平觸發場效應管導通，電流走場效應管。

總結：N溝道和P溝道場效應管都可以設計防反接電路，但是其設計方法不同，一個是接在電源正輸入端，一個是接在電源負輸入端。使用場效應管作為防反接電路設計，一般使場效應管工作在飽和區，內阻小，管子內耗也小。因此，一般應用在輸入電源較大的場合，一般5V以上，具體要看管子飽和時的控製電壓，不同管子其飽和時控製電壓不同，一般5V~10V。比如3.3V電源係統就不適合使用場效應管作為防反接電路設計了，因為觸發電壓隻有3.3V-0.7V=2.6V，無法觸發場效應管導通。