在汽車
電子硬件電路設計中，
電源入口處的防反接電路設計至關重要。接下來，我們將詳細探討為何要設計防反接電路以及具體的設計方式。
電源入口處的接線及
線束制作通常由人工操作，這就存在正負極接反的可能性。一旦正負極接反，很可能會損壞電源和負載電路。此外，汽車電子產品電性能測試標準 ISO16750 - 2 的 4.7 節(jié)包含了電壓極性反接測試，汽車電子產品必須通過該項測試，這也使得防反接電路的設計成為必要。
- 基礎版：二極管
串聯(lián)二極管是實現(xiàn)防反接最簡單的電路形式。由于電源存在電源路徑（即正極）和返回路徑（即負極，GND），所以用二極管實現(xiàn)的防反接電路既可以串接在電源正極，也可以串接在電源負極，如下圖所示：
這兩種方式成本較低，但存在明顯的局限性和缺點。二極管有正向導通壓降，若串聯(lián)在電源路徑上，負載電路入口處的電壓會比電源輸出電壓低；若串聯(lián)在返回路徑上，負載電路的 GND 與電源的 GND 會存在壓差。而且，二極管的通流能力有限，無法應對較大電流的負載電路，同時發(fā)熱嚴重，存在過熱風險。若使用二極管無法滿足實際需求，則可考慮后面的兩種設計方式。 - 基礎版 plus：MOSFET
MOSFET 具有導通壓降小、導通阻抗低的優(yōu)點，能夠解決二極管防反電路的部分缺點。和二極管一樣，MOSFET 也有電源路徑和返回路徑兩種設計方式，如下圖所示：
由于 MOSFET 自身特性，若僅使用單個 FET 進行電路設計，電源路徑上只能使用 PMOS，返回路徑只能使用 NMOS。與二極管相比，它們具有更小的導通壓降、更低的溫升和更大的通流能力（大部分情況）。不過，PMOS 和 NMOS 也各自存在缺點。同樣尺寸的 PMOS 與 NMOS 相比，PMOS 的 Rdson 更大，在同樣性能要求下，PMOS 會比 NMOS 更貴，尤其是在大電流電路中，常常需要多個 MOSFET 并聯(lián)以實現(xiàn)更大的通流，成本差異會更明顯。而 NMOS 防反接電路只能放在返回路徑上，和二極管放在返回路徑上一樣，仍存在導通壓降（雖然小了很多），導致地平面不是處處電壓相等。那么，有沒有一種方式既能使用成本較低的 NMOS，又能避免地平面電壓不一致的問題呢？答案是結合起來，將 NMOS 放到電源路徑上（高邊），然后用更高的電壓驅動 NMOS 打開。 - 進階版：NMOS + FET controller
FET controller 有多種選擇，并且除了防反接功能外，還有其他功能。以 TI 的 LM5050 - 1 - Q1 芯片為例，它的經典應用電路如下：
其內部結構如下：
電源上電時，電壓通過 NMOS 的體二極管流向芯片的 OUT 及 VS 引腳（因此選擇 MOSFET 時，通流能力不僅要看 ID，還要看 Is，即連續(xù)源極電流）。VS 引腳內部是電荷泵，當輸入電壓及其他條件（如使能等）均滿足時，芯片會通過電荷泵給其 GATE 引腳（即外部 NMOS 的柵極）充電，這會增加芯片 IN 引腳和 GATE 引腳之間的壓差，也就是 NMOS 柵極和源極之間的壓差。當壓差增大到一定程度后，NMOS 就會被打開，電源將通過 NMOS 的 Rds 流向負載，而不再經過 NMOS 的體二極管，從而降低了電源路徑上的壓降。至此，一個較為合格的基礎防反接電路（壓降小、成本低、通流能力強）就完成了。這里以 LM5050 - 1 - Q1 為例，它驅動柵極的方式是電荷泵，主要目的是將 NMOS 的柵極電壓抬高到比源極更高。除了電荷泵，還有一種抬高電壓的方式是升壓調節(jié)器。LM74722 - Q1 就是采用這種方式，它的經典應用電路及框圖如下：
電荷泵和升壓調節(jié)器這兩種驅動方式相比，升壓調節(jié)器成本更高，但具有更強的驅動能力和更好的電磁兼容性（EMC）性能。
- ENABLE/OFF
這是一個比較基礎的功能，用于控制 FET controller 是否工作。 - 開關功能
例如上面提到的 LM5050 - 1 - Q1，MOSFET 打開只是降低電源路徑的壓降、減少損耗，但即使 MOSFET 關掉，供電電源的電流仍會通過體二極管流向負載。不過，有些 FET controller 可以順帶實現(xiàn)開關功能，即 MOSFET 未打開時，不會有電流流向負載。實現(xiàn)這個功能的方法是放置一個與當前 NMOS 背對背的 NMOS，如下圖所示：
紅框中的 NMOS 的體二極管與它右側的 NMOS 相反，這樣就能阻止電流直接從電源流向負載。 - 欠壓 / 過壓保護（UV/OV protection）
這個功能比較容易實現(xiàn)，在內部增加比較器即可，如上圖的 LM74502 - Q1 就具備此功能。 - 反向電流阻斷（reverse current block）
反向電流阻斷與反向極性保護情況不同，主要是觸發(fā)條件不同。反向極性保護是由于電源正負極接反，導致電流可能反向流動而進行保護；而反向電流阻斷是在電源正負極沒有接反且功能正常運行時，Cout 有了穩(wěn)定的電壓（例如 14V），但供電電源因某些原因（如進行電性能測試、ESD 測試、雷擊等，具體見汽車電子產品硬件電路設計 —— 電源入口處 TVS 選擇）瞬間跌落，此時輸入電壓跌至＜14V，而 VOUT 部分由于有 Cout 的存在，從原本的 14V 開始放電，導致 VOUT＞VBATT，如下圖所示：
此時兩個 NMOS 還處于打開狀態(tài)，就會有電流從 VOUT 流向 VBAT，從而發(fā)生電流倒灌。這種電流倒灌可能會對供電電源產生危害，或者損壞 NMOS（具體見相關鏈接）。目前常見的處理方式是使用比較器，如 LM74700，其內部結構如下：
- 輸入電壓和輸出電壓會分別通過 ANODE 和 CATHODE 引腳進入芯片，進入一個 - 11mV 的比較器。如果檢測到輸入電壓比輸出電壓低 11mV 以上，芯片會立即關掉外部 NMOS（響應速度一般不超過 1μs），這樣反向電流就會被 NMOS 上的體二極管阻斷。
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