簡 介： 本文分析了單向電源保護電路的設計與工作原理。通過PMOS管實現低功耗反向保護，詳細討論了由兩個PNP三極管構成的電流鏡電路的工作特性，發現其電流放大倍數存在差異。仿真驗證了電路在正向連接時能正常輸出，反向連接時可有效切斷電源。文章指出簡化電路僅使用PMOS管也能實現反向保護功能，但存在三極管擊穿風險，建議增加保護二極管。最終探討了簡化設計與傳統方案的優劣，為電源保護電路設計提供了實用參考。
關鍵詞：PMOS，電源反接保護，單路簡化
??剛才看到了別人在網絡上給出的一個電源反向保護電路。輸入電源，通過PMOS管給負載R3提供電壓。由于PMOS管導通電阻非常小，可以看到它兩邊電壓降 僅僅只有34mV左右。這比起使用二極管防止反接方案可以減小很多的功耗。但是，一開始看到下面輔助電路是由兩個PNP三極管構成的電流鏡電路。左邊Q2的基極電壓比輸入電壓小了一個 二極管導通電壓，使得他的集電極電壓大約為11.3V左右。直覺上，后邊的集電極 電壓也應該是在11.3V左右。這樣，PMOS管應該不導通才是。為什么PMOS柵極電壓對應Q1的集電極 電壓很低呢？
??這里給出了這個電路仿真后各個關鍵節點的電壓和電流。可以看到，兩個三極管的基極電壓為11.38V。所以Q2得集電極電壓是11.38V。但是，Q1的集電極 電壓只有3.35V。所以PMOS管是可以導通的。根據Q2的發射極電路，以及對應的基極電流，可以計算出Q2此時的電流放大倍數為 200。同樣，根據Q1的發射極電流?以及基極電流，計算出它此時的電流放大倍數為 216。比左邊的三極管的電流放大倍數要大一些。這有點出乎我的意料。既然是電流鏡，為什么左右不相同呢？ 因為右邊三級的發射極電壓比左邊略低一些。這樣就使得它的工作點比左邊小。由此，可以知道它對應的集電極 電壓也就比左邊要低了。由此使得 PMOS 管能夠導通。
??左邊的三極管Q2，似乎僅僅給右邊的三極管提供了一個基極偏置電壓，如果將它 與右邊斷開，使用一個電壓源獨立給右邊提供基極偏置電壓。下面查看一下電路輸出負載電壓與Q1基極偏置電壓之間的關系。將仿真電路進行改造。V2電壓源提供一個從0V上升到12V的變化的偏置電壓。繪制輸出負載電壓以及Q1的集電極電壓，仿真結果有一點出乎我的意料。綠色曲線是偏置電壓。在它達到10.6V之前，電路輸出負載電壓是一個恒定值，大約為 11.3V。當Q1的偏置電壓超過10.6V之后，輸出電壓逐步上升到12V左右。三極管的集電極電壓，也就是PMOS管的柵極電壓就會迅速下降到0V。
??之所以在偏置電流低的情況下，輸出電壓恒定在11.3V左右。實際上，這個輸出電壓是由PMOS管的體二極管決定的。他的電壓降大約為 0.7V，所以輸出電壓就恒定在11.3V左右了。
??下面來看一下這個電路反向保護的功能。將電阻和輸入電壓元對調。這是最簡單的一個保護測試。也可以將輸入電壓修改成負電壓進行測試。仿真測試，查看一下電路的輸出。只有 225nV。在這種情況下，Q2是截止的。Q1通過R1進行偏置。Q1處于飽和狀態 。它的集電極 電壓達到了接近12V的高壓狀態，對于PMOS來說，無法反向導通的。所以輸出電壓為0。
??下面，將輸入電壓修改成負12V。查看一下電路的保護功能。通過仿真結果來看，負載電壓基本上是0V，PMOS管體二極管也無法導通。Q1三極管現在處在截止狀態下。對應的基極電壓很小。Q1三極管也是截止。PMOS管的柵極電壓基本上為0V。但是，對于PMOS管來說，這個電壓仍然是反向偏置，所以無法導通?，F在問題來了，我們知道，普通的三極管的BE之間的PN結 反向耐壓都很低。有的三極管反向擊穿電壓只有6V左右。這里就會產生一個漏洞。一旦Q2 BE之間的PN結 被擊穿，輸出負載上就會通過Q1，Q2基極通道連接到負電壓。造成負載危險。那么，怎么解決這個問題呢？
??一種簡單的方法，就是在電路中增加兩個二極管?？梢苑乐谷龢O管被擊穿。同時不影響輸出電壓。如果將D2去掉，只保留D1，輸出電壓就會下降。所以兩個二極管必須都加上。
??從仿真結果上來看，二極管D2增加到Q1的發射極也是一樣的，都可以維持輸出電壓接近12V。
??這個電路需要這么復雜嗎？?左邊的電路實際上是給右邊的三極管提供一個偏置電壓。如果將三極管去掉，直接使用二極管進行偏壓不是也可以嗎？?通過仿真結果來看，輸出仍然非常好。如果將所有的這些都去掉。僅僅使用PMOS管呢？ 可以看到，輸出電壓也正常。將輸入電壓反接。輸出依然可以得到保護。那么問題來了，前面分析的這些電路是不是都有點多余了呢？
本文分析了一個使用PMOS進行電源反接的電路。通過仿真了解了電路的工作原理。如果將電路簡化成一個PMOS管，反向電源保護也可以得到解決。這里面會存在什么問題嗎？
