比较器+NMOS构成的高边反向电流保护电路工作原理赏析

电器维修

当系统存在多条供电路径时，负载端电压可能高于电源端，引发电流倒灌。利用比较器检测串联在回路中的NMOS管漏源电压极性，控制栅极驱动信号，可实现反向电流保护。
以下分两种电路结构说明其工作原理:
一、 比较器+NMOS构成的反向电流保护电路
①电路结构分析
NMOS管Q1源极接电源正端VBATT，漏极接负载端VLOAD，体二极管方向由源极指向漏极。比较器U1同相输入端接源极，反相输入端接漏极，输出端直接驱动栅极。VBATT通过D1给U2供电，U2为比较器供电。电路简图如下:

② 正向电流工作(正常状况)
电源端VBATT电压高于负载端。比较器U1同相端(+)电位高于反相端(-)，输出高电平，该高电平需高于VBATT，使NMOS管Q1栅源电压满足导通条件(由U2决定)。导通后电流经沟道由源极流向漏极，漏源间仅存导通电阻产生的正压降，同相端仍高于反相端，比较器维持高电平输出。
③ 反向电流工作(异常状况)
由于某种原因，负载端电压高于电源端VBAT7电压，电流有从漏极D流向源极S的趋势。漏极电位高于源极，此时比较器U1同相端低于反相端，输出翻转为低电平，NMOS管Q1立即关闭。体二极管反向偏置，反向电流路径被切断，起到防倒灌(或防接)作用。
二、 电荷泵+比较器+NMOS构成的反向电流保护电路电路图如下:
① 电路结构
主功率NMOS管Q1连接方式与(一)简图相同，只不过比较器U1同相端串联了R3与Q1源极相连，而反相端串联了R5与Q1漏极相连。比较器U1地端浮接于VBATT上，电源正端由电荷泵提供抬升了的电压，经RC(R2、C4)滤波及稳压管Z1钳位后供电。比较器同相输入端通过R3接源极，反相输入端通过R5接漏极，输出端通过R4驱动栅极。
比较器反相输入端的二极管D4A，D4B（BAT54A 是双肖特基二极管） ，用来将反相输入电压钳位到V B A T T ±0.3V，起到钳位保护作用。
② 驱动电压生成U2（TLC555）构成方波振荡器，D1为U2供电，2脚输出方波信号，为电荷泵提供交变驱动信号。
电荷泵由D2、C2、D3、C3构成倍压整流电路，倍压后产生高于VBATT的供电，供浮地比较器工作，使比较器能输出足够高的栅极电压以开启高边NMOS管Q1。电荷泵本身不参与电流方向判断，仅提供悬浮于电源正端之上的驱动电源。

③检测与控制逻辑
检测原理与第(一)个电路相似。正向电流时源极电位高于漏极，比较器U1输出高电平驱动NMOS管Q1导通。反向电流时漏极电位高于源极，比较器U1输出低电平关断NMOS管Q1。
④浮地共模处理
比较器地端接VBATT，输入共模电压以VBATT为基准，无需电阻分压偏置即可直接检测毫伏级漏源压差。反相输入端钳位二极管D4在上电瞬态或反向过压时将输入端限制在VBATT±0.3V，保护比较器输入级。