建议收藏！肖特二极管和MOSFET的反向极性保护解析

引言

反向极性保护这个词许多工程师并不陌生。大多数前端电源系统，特别是电子汽车领域中，极性反接保护成为连接电池的 ECU/系统的一个关键组成部分。

它主要防止在浪涌事件，或者感应负载与电池断开连接期间出现动态反极性情况，因为反向连接的电源会出现损坏连接的子系统、电路和组件的可能性。

一般情况下，肖特基二极管会是防止反极性条件的传统选择，但正向导通造成的功率损失后。需要额外进行详细的热计算评估，这导致系统成本和空间增加。在科技产品不断更新迭代与快速进步的时代下，我们有了更加便利和更加高效的反极性保护方法。

本文要点

本期内容我们要讲解的是肖特二极管和MOSFET的反极性保护，着重讲解的是MOSFET反极性保护的情况，进而比较NMOS和PMOS两者在其中的工作分析。

在此之前，先简单说一下“传统二极管保护”。

防止输入极性反向的常用方法：在系统电源路径的输入端添加一个串联二极管。

作用：一般情况下负载电流沿二极管的正向流动。但如果电池安装的极性错误，二极管就会反向偏置并阻断反向电流，从而保护负载免受负电压的影响。

这种简单传统的反向极性保护存在一些缺点：

功率耗散，在较高负载电流下，正向压降导致的正向导通损耗会明显损失；

2、热管理（前面有提到），管理功耗需要散热器增加了总成本和空间；

3、更高的正向电压降；

反向漏电流，二极管的反向漏电流随着结温的升高而猛烈增加，导致产生功耗更高。

二极管的反向极性保护

与肖特基二极管相比，MOSFET的压降一般要低得多。

首先来讲P MOS进行反向极性保护

上期我们有讲到MOSFET的体二极管，与所有 MOSFET 一样，P MOS 在源极和漏极之间同样有一个本征体二极管。

当电池连接时体二极管导通，随后 MOSFET 的沟道导通。

这里有个前提条件我们之前也提到过，要使 P MOS 导通，栅极电压需要比源极电压低至少 VT（阈值电压）。当电池反接时，体二极管反偏，栅极和源极电压会相同，因此 P MOS 关断。

PMOS提供极性反接保护

这时，使用一个额外的齐纳二极管来箝位 P MOS 的栅极，在电压过高起到保护作用。

使用N MOS进行反向极性保护

当电池正确连接时，即源极连接到 VBAT，要使 MOSFET 导通，栅源电压（Vgs）必须高于阈值电压（Vth）。因为源极连接到 VBAT处，所以栅极电压需要比 VBAT 高至少Vth（阈值电压）。

因此，我们可以使用一个专用驱动器来驱动 N MOS 的栅极电压，让其高于源极电压，使NMOS导通。当电池反接时，体二极管反偏，接着驱动器被禁用（源极和栅极短路），N MOS 关断。

NMOS提供极性反接保护

三者的比较分析

从以上的分析可以对肖特二极管及MOSFET进行简单的对比。

肖特二极管

优点：成本较低，操作简单

缺点：功耗损耗较高，压降较高

MOSFET

优点：1.产品具备灵活性（不同的RDS(ON）的MOSFET）

2.功耗较低，压降较低

缺点：1.RDS(ON)较低的MOSFET成本较高，总成本可能略高（需要利用额外的控制器）

2.有一定的复杂度

NMOS和PMOS的使用比较

我们知道P MOS的操作一般取决于空穴的迁移率，而 N MOS的操作取决于电子的迁移率。

对于相同的漏极电流，电子的迁移率比空穴的迁移率更高，几乎 2.5 倍。因此，为实现相同的导通电阻，P MOS的芯片尺寸需要比 N MOS 更大，这也造成相应的成本也更高。所以在反向极性保护中，NMOS会更适合此类应用。

同样上面我们也提到了，选择低导通电阻的MOSFET产品也是其优势之一。微碧VBsemi的MOSFET产品具有较低的导通电阻，更小的尺寸和较优的散热功能，可提供强大的反向极性和反向电流阻断。

可以根据自身应用需求以及各种电路设计和应用场景，选择所匹配的MOSFET 。