用NMOS管实现电源反接保护电路(带仿真)

MOS管电流方向能反吗？体二极管能过多大电流今天说两个问题：1、MOS管导通电流能否反着流？D到S，S到D方向随意？2、MOS管体二极管能过多大的电流？为啥会有这两个问题？我们在最开始学习MOS管的时候，应该都是从NMOS开始的，电流的方向都是从D到S的。

而实际应用电路，NMOS会有电流从S到D的情况，比如下面这个NMOS管防电源反接电路（仅仅是个示意图，实际电路需要多考虑一些因素）。

原理我还是先大致说下。

1、在电源正常接入的时候电源正极VCC经过后级负载电路接到体二极管，那么体二极管就会导通，于是此时S极的电压就约为0.7V左右（体二极管导通电压）。

同时栅极G极接的是VCC，所以Vgs=Vcc-0.7V>Vgsth，NMOS管会导通。

NMOS管导通之后，导通压降基本为0，那么Vgs=Vcc，MOS 管维持导通状态。

这样整体电源通路就是通的，电源给后级负载供上了电，后级电路正常工作。

这里有一点需要特别注意，就是此时MOS管的电流是S到D的，与往常我们经常见的D到S是反的。

2、在电源接反的时候（电源和地接反了）栅极G接电源负极，也就是0V，S极经过负载接到了电源负极，也就是0V，所以Vgs=0V，MOS管也不导通。

与此同时， D极为Vcc，S极为0V，体二极管反向偏置，也不导通，所以无法通过NMOS管流过电流。

对于负载来说，就是电源断开了。

接反的电源不会怼到后面的负载上面，所以后级电路就不会烧了，我们只要把前面的电源正负极接对，那么后级电路又能正常工作了，如此，便实现了防反接的功能。

需要说一点，这里的防反接并不是说电源接反了，后级电路也还能工作。

而是电源接反了，后级电路不会冒烟烧坏了。

我以前乍一看到这个电路的时候，其实是心里打鼓的这个MOS管导通时，电流能反着流？D到S，S到D无所谓吗？除了这个电流的方向问题，还有就是MOS管的体二极管问题，这个二极管能过多大的电流？如果不了解，会认为这个二极管能流过的电流非常小，因为它还有一个名称叫“寄生二极管”，很容易被它骗。

结合实际聊聊防反接电路（防反接电路总结）•前言•一、二极管防反接▪ 1.1 基本电路▪ 1.2 桥式整流电路•二、保险丝和二极管防反接•三、MOS管防反接▪ 3.1 PMOS电路▪ 3.2 NMOS电路•结语前言又到了电路小课堂时间，今天我们要聊的是防反接电路，防反接电路是硬件工程师必备的基础知识，在网上已经有大量的防反接电路总结文章，我也查阅了大量文章。

虽然说实用的电路就那么几种，这个可谓英雄所见略同，但是大部分文章的说明部分都一样，那么这就……（不符合我的风格，不浮夸，不将就。

即便是总结，原理可以一样，但是说明照搬那就说不过去了~ ~）说明一下，本文的防反接电路主要针对是单片机系统，因为博主是在智能家居领域工作的，我会结合自己的工作经验，设计的产品来说说这些电路。

一、二极管防反接又是从二极管开始（和MOS管一样，用得这么多，我得写一篇全面认识二极管的文章了），利用PN结的单向导电性（不要钻牛角尖说反向漏电流）。

1.1 基本电路直接在电源入口处串联一个二极管，电路简单，成本低，如下图（本图就是实际使用过的）：在这里插入图片描述上图是最简单也是最常用的防反接方式，上图是二极管接在入口Vin 端，也可以接在GND端，二极管反着接，是一样的效果。

电路分析在单片机系统中，使用此电路一般一般一般只需要注意一个参数：最大整流电流。

首先你在设计自己电路的时候应该知道自己的负载功率，比如一般来说STM32 最小系统，也就是20/30 mA，加上其他的一些传感器，可以知道系统平时运行的功耗，要注意STM32 的功耗是3.3V状态下的，入口电源是 5V 或者 12V，电流需要就更小了，当然不要忘记DC/DC, 或者 LDO 的转换效率之类的。

每个二极管都有一个参数，最大整流电流，比如上图中的SS34：电路设计需要冗余，所以我一般直接使用一个SS34，基本上所有的项目都能满足要求，当然SS34封装稍微大一点。

网上的大部分介绍这个电路的时候都说到，二极管0.7V 的压降，2A电流或者更多电流的时候发热之类，我怎么看？首先，这个说法没有错，理论上就是这么分析的！实际应用我从以下几个点分析：二极管的选型，二极管压降与电流的关系，应用领域。

电力电子 • Power Electronics216 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】防反接 二极管 MOS 管 继电器直流供电设备的输入反接保护有很多方式可以实现，比如选择具备防插错功能的接插件可以在结构设计层面避免反接，但在很多场合中还是在电路设计中加入防反接电路的更具有可行性。

防反接电路必须具备电路简单可靠性高，成本低廉，本文对目前常用的几种防反接电路进行对比分析，对每种电路适用的场合作出了说明。

1 串联二极管防反接在电路中串联二极管是最为简单可行的方法之一，此方法利用二极管的单相导通性实现电路的防反接，当输入接反时，电路不导通。

在实际应用中，根据输入电压范围和额定电流选择合适的二极管，需要注意在电流较大的情况下二极管的功率和散热。

例如，当电路额定电流为5A 时，二极管的功耗为P=0.7*5=3.5瓦，就算选用压降为0.3V 的肖特基二极管功耗也有1.5瓦。

2 并联二极管防反接此防反接电路采用了一个保险丝和一个反向并联的二极管，电源极性正确，电路正常工作时，由于负载的存在电流较小，二极管处于反向阻断状态，保险丝不会被熔断，如图1 所示。

当电源接反时，二极管导通，此时的电流比较大，就会将保险丝熔断，从而切断电源的供给，起到保护负载的作用。

在选择二极管时需要注意选择合适的反向耐压值。

其优点是保险丝的压降很小，不存在发热问题，成本不高。

但是一旦接反需要更换保险丝，操作比较麻烦。

3 整流桥防反接在直流供电输入端加整流桥，输入的正负端接整流桥的两个AC 端，整流桥的输出端再接入电路的输入端。

在这种情况下，不论直几种直流供电防反接保护电路的分析文/王勤流输入的正负如何接，经过整流桥后输出的电压极性都是正确的，电路都可以正常工作。

但是电路中就会有两个二极管同时在工作，功耗为方案1的2倍，所以在选择整流桥时要注意电压和电流参数。

防反接保护电路防反接保护电路1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。

如下图1示：这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。

以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。

2,另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。

这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。

输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W。

图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍MOS管型防反接保护电路图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。

保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。

若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。

若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。

一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。

具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示图3. NMOS管型防反接保护电路N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R1为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。

nmos防反接原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述引言部分旨在介绍本篇长文的主题，即NMOS防反接。

本文将详细说明NMOS 防反接的原理、方法和解释。

NMOS防反接是一种必要的电路设计策略，用于保护NMOS（MOSFET的一种形式）不被反向电压损坏。

1.2 文章结构为了展现逻辑性和层次清晰性，本文按照以下结构进行组织：引言部分提供了一个总体概述，紧接着是NMOS防反接原理、概述说明和解释三个主要部分。

每个部分都进一步细分为几个小节，以便更全面地探讨该主题。

1.3 目的文章的目标是向读者介绍和解释NMOS防反接的原理，并提供各种常见的防反接电路方案及其优缺点。

同时，我们还将详细解释如何保护NMOS不受到反向电压损坏，并对电流流向、开关特性以及直流偏置和交流耦合解决方法进行分析和说明。

通过这篇长文，读者将能够全面了解NMOS防反接，并且可以根据自身需求选择合适的设计方案。

以上是“1. 引言”部分的详细内容。

2. NMOS防反接原理：2.1 NMOS工作原理:NMOS（Negative-channel Metal-oxide-semiconductor）是一种常见的场效应晶体管。

它由金属电极、绝缘层和半导体材料构成。

当在栅极施加正电压时，形成电子气，使得通道内的N型半导体导电。

当源极施加正电压，漏极为负电压时，NMOS开启并允许电流通过。

2.2 反接的危害与问题:反接指的是在驱动NMOS过程中，源极与漏极之间的电压方向与NMOS设计要求相反。

如果源极为负电压且漏极为正电压，就会出现反接状况。

这样会导致两个主要问题：首先，会产生大量倒偏击穿电流损坏器件；其次，在大功率情况下可能引起温度升高，并使晶体管失效。

2.3 防止NMOS反接的方法:有几种常见的方法可以防止NMOS发生反接现象：- 使用二级保护回路：可以通过添加二级保护来控制源漏电路方向，以避免外部条件导致的误操作。

- 添加反向并联二极管：在NMOS的漏极和源极之间添加一个并联的反向二极管，这样当出现反接时，电流会通过二极管流回。

电源防反接设计方案在硬件设计中，往往会会遇到电源正负极接反导致设备烧毁的情况，主要原因是由于，电源接反的情况下，设备内部形成了低阻回路，导致电流过大从而短路烧毁，为了避免这个问题，在硬件设计中需要合理设计出防反接电路。

目前主流的防反接电路分为以下几类：1、整流桥防反接电路，2、二极管防反接电路，3、MOS管防反接电路（PMOS和NMOS），4、防反接集成IC。

1、整流桥方案整流桥内部为4颗二极管组成，利用二极管的单向导通性工作，该方案可以实现外部供电不用区分正负，反接设备也能正常工作，但是该方案链路串联了两个二极管，导致压降达到1V以上，如果用在大电流的情况下损耗会很高，但是用在功耗较低的设计中还是不错的选择。

2、二极管方案利用二极管的单向导通性，在电源回路中串入一颗二极管也能起到防反接的作用，该方案成本低，压降略低于整流桥方案，在一些小玩具、小家电等产品中运用很多，但是该方案在大电流场合依旧不太适用，电流过大会在二极管上产生较高的功率耗散，功率会以热量的形式耗散出去，影响效率的同时还会导致二极管击穿失效等故障。

3、MOS管防反接电路由于MOS管的导通电阻极小，基本在毫欧级别，电流较大时也不会产生较高的压降，因此不会像二极管一样产生较高的导通损耗，可以运用于大电流的场合。

Mos管防反接电路分为两种，一种是PMOS防反接电路，该电路中的PMOS连接在电源输入的正极端，当输入正负极连接正确时，PMOS正常导通，设备正常供电，当输入正负极反接时，POS的栅极产生高电平，PMOS截止，起到保护电路的作用。

另外一种防反接电路为NMOS防反接电路，该电路的NMOS连接在电源输入的负极端，当输入正负极连接正确时，NMOS正常导通，设备正常供电，当输入正负极反接时，NOS的栅极产生低电平，NMOS 截止，起到保护电路的作用。

4、保险丝和二极管防反接使用反向二极管＋保险丝的方式也可以起到防反接保护，但是该电路在接反以后可能会造成保险丝直接损坏，尤其是在大电流的运用场合，可以使用自恢复的保险丝替换普通保险丝，但是该电路依旧存在风险，需慎用。

MOS管防止电源反接的一些总结电源反接，会给电路造成损坏，不过，电源反接是不可避免的。

所以，我么就需要给电路中加入保护电路，达到即使接反电源，也不会损坏的目的。

一般可以使用在电源的正极串入一个二极管解决，不过，由于二极管有压降，会给电路造成不必要的损耗，尤其是电池供电场合，本来电池电压就3.7V，你就用二极管降了0.6V，使得电池使用时间大减。

MOS管防反接，好处就是压降小，小到几乎可以忽略不计。

现在的MOS管可以做到几个毫欧的内阻，假设是6.5毫欧，通过的电流为1A(这个电流已经很大了)，在他上面的压降只有6.5毫伏。

由于MOS管越来越便宜，所以人们逐渐开始使用MOS管防电源反接了。

NMOS管防止电源反接电路：正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，所以S的电位大概就是0.6V，而G 极的电位，是VBAT，VBAT-0.6V大于UGS的阀值开启电压，MOS管的DS就会导通，由于内阻很小，所以就把寄生二极管短路了，压降几乎为0。

电源接反时：UGS=0，MOS管不会导通，和负载的回路就是断的，从而保证电路安全。

PMOS管防止电源反接电路：正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，电源与负载形成回路，所以S极电位就是VBAT-0.6V，而G极电位是0V，PMOS管导通，从D流向S的电流把二极管短路。

电源接反时：G极是高电平，PMOS管不导通。

保护电路安全。

上面是示意图，实际应用时，G极前面要加个电阻。

连接技巧NMOS管DS串到负极，PMOS管DS串到正极，让寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向。

感觉DS流向是“反”的？仔细的朋友会发现，防反接电路中，DS的电流流向，和我们平时使用的电流方向是反的。

为什么要接成反的？利用寄生二极管的导通作用，在刚上电时，使得UGS满足阀值要求。

为什么可以接成反的？如果是三极管，NPN的电流方向只能是C到E，PNP的电流方向只能是E到C。

不过，MOS 管的D和S是可以互换的。

n沟道mos管的防反接电路【引言】在电子设备中，MOS管是一种常见的电子元件，其广泛应用于功率放大、开关控制等领域。

然而，MOS管在使用过程中往往容易受到电路中的防反接电路的影响。

本文将详细探讨n沟道MOS管的防反接电路，介绍其原理、设计和应用等方面的内容，帮助读者全面了解和理解该电路的作用及其在电子领域的重要性。

【正文】1. n沟道MOS管的工作原理n沟道MOS管是一种场效应管，其工作原理基于电场控制。

当控制电压施加在栅极上时，电场将改变沟道中的载流子密度，从而控制器件的电导。

n沟道MOS管的源极、栅极和漏极分别对应器件的供电、输入信号和输出信号，因此其在电路中具有重要的作用。

2. 防反接电路的作用防反接电路是一种用于防止器件在电路中被反向偏置的保护电路。

由于n沟道MOS管本身对电压的极性很敏感，如果电路中的输入信号或供电电压出现反向连接的情况，将导致器件损坏甚至烧毁。

使用防反接电路是保护n沟道MOS管安全工作的重要手段。

3. 防反接电路的设计原理防反接电路的设计原理基于对n沟道MOS管的特性和逻辑判断。

一种常见的设计思路是使用二极管作为开关，当输入信号或供电电压出现反向连接时，二极管将截断电路，阻断反向电流的流动，从而保护n沟道MOS管。

4. 防反接电路的设计方法与实例4.1 二极管反向连接保护一种简单而常见的防反接电路设计是采用二极管反向连接保护。

如图1所示，当输入信号或供电电压正常时，二极管正向偏置，电路正常工作；当输入信号或供电电压反向连接时，二极管截断，阻断反向电流。

图1 二极管反向连接保护电路示意图4.2 器件级别的保护设计除了电路级别的防反接电路设计外，还可以在器件级别对n沟道MOS 管进行保护。

在芯片设计过程中，可以通过引入保护结构来实现对器件的保护。

这种保护结构可以在器件内部添加保护二极管或其他保护元件，以提高器件的耐压和抗反向偏置能力。

5. n沟道MOS管防反接电路的应用n沟道MOS管的防反接电路在实际应用中具有广泛的应用场景。

基于NMOS管的高效双DC/DC开关电源智能平衡供电系统摘要：本设计突破传统PMOS开关管DC方案，采用导通电阻极小（4毫欧IRF1404）NMOS管作为功率开关管，同时续流二极管也采用NMOS管，这样极大提升了DC转换的效率，一度接近90%。

IR2110芯片悬浮驱动NMOS技术在该方案中起到关键作用。

开关振荡器采用施密特触发器实现，电路非常简单，该电路完全自主设计。

电流平衡控制的关键是精确测量电流，电流检测选择MAX4372传感器高位测量，从而实现全系统单一共地，使得系统简单可靠。

核心智能控制选择AVR单片机ATMEGA8，在充分利用MCU片内资源上下足了功夫，多通道ADC实现电流测量和平衡比例设定输入，PWM输出微量调节DC电压从而实现电流分配，同时还实现LCD显示。

该系统完全实现了题目要求的各项指标，器件选择恰到好处。

关键词：NMOS DC/DC IR2110 MAX4372 平衡供电一、方案设计与论证分析设计题目的各项要求，DC模块的设计是本题重点，两个DC模块输出电流的配比和输出电压的稳定是本题的重点，也是难点。

对此，做以下方案的论证与选择。

24V输入DC-DC模块1电流取样1负载MCUPWM_DACDC-DC模块2电流取样2图1 开关电源系统框图1.1 DC/DC模块DC/DC转换器含有升压式和降压式。

升压式通常采用NMOS功率管作为开关管，因为NMOS 工作是由于栅极电压高于源极电压，在升压系统中容易实现，如图2。

降压式通常采用PMOS功率管作为开关管，因为PMOS工作是由于栅压低于源电压, 在降压系统中容易实现，如图3。

分析题目要求，需要降压式DC/DC转换器。

图2 升压式简单原理图图3 降压式简单原理图方案一：用PMOS管做开关管，搭建降压式DC/DC模块供电系统。

方案二：采用LM2596降压开关型稳压芯片，构建外围电路，通过单片机以及DA转换构建闭环反馈系统，使输出电压满足题目设定要求。