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常见的电源开关电路对比分析

时间：2024-07-01 阅读量：103

1、防反接保护（二极管）

在实际电子设计中，防反接保护电路非常重要，不要觉得自己肯定不会接错，实际上无论多么小心，还是会犯错误......

最简单的就是利用二极管了，利用二极管的单向导电性，反接的时候电路不通，但这里有个无法接受的点，就是二极管具有正向压降，输出端电压会有相应的下降，比如我们输入电压是5V，内部的电路还要用到5V，这样就有难度了，如果对电压不敏感的，比如后级电路都要通过DCDC降压，可以用肖特基二极管，压降会小一点。还有一种是使用整流桥，即使极性接反也还能工作，缺点就是有两个二极管的压降。

2、防反接保护（PMOS）

上面介绍了利用二极管防反接的办法，但是压降是痛点，那么有没有什么办法可以去掉这个压降呢，PMOS来了！

我们知道，PMOS在完全导通后，导通电阻是很小的，常规的几百毫欧，有一些几十毫欧， 我们这里在GS之间加了一个齐纳二极管防止输入电压超过MOS的Vgs，Vgs额定值为20V，我们这里一般用10V的就能满足了，具体根据MOS的实际特性进行齐纳二极管的选择。

原理分析：当输入端加正向电压之后，比如+5V，D端电压为5V，由于MOS管体二极管的存在，S端的电压为4.3V，S端电压减G端电压大于开启电压，PMOS导通后，寄生二极管短路，不再起作用； 电压反接后，G端电压大于S端电压，不导通，实现了防反接的功能。

电路倒是简洁，但这个电路有个问题，电路会倒流。假设右侧的负载是一个电池，电压为Vb，当直流输入突然断开时，Q1的Vgs满足MOS的导通条件，PMOS就会导通，电流从右侧往左侧倒流，就可能引发一些未知的故障。

虽然二极管没有反向电流（严格意义上有漏电流），但是这个有反向电流，如果负载有大容量电容或者是电池， 输入端关闭时，电流会从右往左从负载端流出。当然，简单的电路场合用这个电路也没问题。

3、直流浪涌电流抑制开关

此电路可以解决负载中有大容量电容，电源端出现巨大浪涌电流的问题，启动时缓慢升高电压以抑制上电时的浪涌电流。

电压升高的时间由图中的C1与R6决定，值增大，缓启动的时间变长，当然，也可以按照第二点的方法，在GS间加入齐纳二极管。

如果不需要开关，可以去掉三极管部分即可，只做缓启动功能。

4、背靠背防倒灌

像第二点中的防反接保护电路中说了，会有出现倒流的风险，特别是负载端是电池或者有大容量电容时，或者是电脑的USB给一些调试的同时外部还有电源，则会流向Vin测， 进而可能引发一系列的故障，那我们有没有办法防止倒灌呢？

我们看上面这个电路，比上面的电路多了一个MOS，两个MOS背靠背连接起来，当Control端ON/OFF为高电平时，三极管Q9线导通，Q3跟Q4的栅极都被拉低到0V，Q3通过体二极管，符合条件先导通，接着Q4，S端电压大于G端电压，也符合导通条件，导通，负载端得到Vin电压。

当Control端为低电平时，三极管Q9断开，Q3与Q4不导通，完全关断，并且Q3与Q4的体二极管是反向串联的，所以不论哪个方向，都是不通的，达到防倒灌的效果。

这个电路的缺点就是还需要一个IO来控制，略显麻烦。

5、双三极管镜像电路防倒灌（理想二极管）

电路仿真结果：

看着像镜像，其实又不是，这个电路是怎么工作的？

左侧Q6三极管，Vb = Vin - 0.65，右侧Q7三极管是否导通，由Vb与Vout决定，Vb > Vout - 0.65，Q7关闭。

上述关系演变成，Vin - 0.65 > Vout - 0.65，则晶体管 Q7 关闭；

如果 Vin > Vout，晶体管 Q7 截止；

当Vin输入一定电压，Q6饱和导通，Q7截止；MOS管栅极通过电阻接地，导通；

如果Vin被突然关闭，Vb不再受制于输入电压，此时，Vb = Vout -0.65，Q7导通，MOS管G端电压拉高，MOS管关闭，达到防止回流的效果。

Vin > Vout，MOS打开，Vout≈Vin，理想二极管；

Vin < Vout，MOS关闭，防止回流。

该电路的优点，防反接，输出基本不损失电压，不需要额外控制信号，可以防止电流回流。