在現代汽車中，敏感的電子模塊無處不在，雖然電路保護措施已經很完善，但如果車輛電池（通常是12V或24V）以反極性連接，仍然容易受到損壞。這種風險很大，因為車主很容易接觸并錯誤重新安裝電池，導致電壓反向極性情況出現。為了保護這些昂貴的電子模塊，輸入反向電壓保護（RVP）是一個重要的設計考慮因素。

RVP器件的主要目的是在正常工作條件下允許電流流動（從正電源到負電源），同時在電源極性反轉時阻斷電流流動（見圖1）。此外，RVP解決方案還需考慮負載電壓可能超過電源電壓的情形，例如電機產生的反電動勢（EMF），并決定是否允許或阻止反向電流回流到電源。本文將探討常見的RVP方法，特別強調MOSFET選擇在成本效益和性能方面的細致益處。

圖1 電壓極性與電流流動

1   輸入反向電壓保護的常見方法

所有RVP保護裝置必須具備圖1中A和B電路所示的行為。實現這種行為的RVP 最常見的兩種方法是使用簡單的阻斷二極管或帶有外部控制的MOSFET。所有實施RVP的方法都具有獨特的工程優(yōu)勢和劣勢。

2   阻斷二極管方法

最簡單的RVP 解決方案是將單個阻斷二極管串聯于負載（見圖2）。該配置允許電流僅以正向偏壓模式流動，在所有條件下有效阻斷反向偏壓電流，包括圖1中C2 電路所示的條件。這種方法是成本最低的解決方案，尤其適用于低電流應用，并且需要的PCB 占用面積最小。

圖2 使用二極管的輸入反向電壓保護

在反極性時，MOSFET 保持關閉狀態(tài)，其本體二極管阻斷電流。當負載電壓超過電源電壓時，該電路允許反向電流流回電源（見圖 1，電路 C1），這取決于應用需求。該方法的主要優(yōu)點是相比二極管的功耗更低，電路設計更簡單，且尺寸設計簡單，適用于不同負載電流。不過，它比普通二極管更昂貴。

（2）帶 N 通道 MOSFET 電路的理想二極管控制器：理想二極管控制器，如 Diodes 的 AP74700AQ，主動管理外部 N 通道 MOSFET 以提供高邊 RVP（見圖 4）。理想二極管使用內部電荷泵驅動 N 通道 MOSFET 柵極。

圖4 高側輸入反向電壓保護，采用N通道MOSFET和理想二極 管控制器

在正常運行時，它可以在低負載電流下調節(jié) MOSFET 兩端的電壓差至 20mV，或驅動 MOSFET 完全導通。在更高的電流時電壓降受R_DS(ON)限制。關鍵是，如果檢測到反向電壓（大于 10mV），控制器會關閉 MOSFET，在反極性條件下以及負載電壓超過電源電壓時阻斷反向電流（圖 1，電路 B 和 C2）。

對于高電流（高功率）應用，該方案在上述方法中功耗最低，調節(jié) MOSFET 增益，快速關閉 MOSFET，并阻斷反向電流（圖 1，電路 C2）。然而，假設 N 通道 MOSFET 處于 20 mV 的調節(jié)區(qū)。在這種情況下，它的功率耗散可能高于完全通電且自身電壓降為 10mV 的 P 通道 MOSFET。

N 通道 MOSFET 通常比具有相近 R_DS（ON）的 P 通 道 MOSFET 更小且更便宜，從而降低了設計成本。以 12 V、10 A 的信息娛樂系統為例，P 通道 MOSFET 如 Diodes 的 DMP4013LFGQ，僅耗散為 1.3 W（效率 98.92%）。 相 比 之 下，N 通 道 MOSFET， 即 DMTH43M8LFGQ， 同樣來自二極管，耗散僅 0.3 瓦（效率 99.75%），是最 高效的解決方案。

在高電流下，理想的二極管控制器方案比適合該電流的二極管便宜，但在低電流時比二極管更貴。它還能阻斷反向電流（C1），這對于需要電流回流到電源的應用來說可能不理想。由于控制器和外部元件的限制，總解決方案占地面積也可能超過單個二極管。

5 MOSFET 的性價比與性能選擇

選擇合適的 MOSFET 對于優(yōu)化 RVP 解決方案的成本和性能至關重要，尤其是在使用理想二極管控制器時（見圖 5）。

圖5 AP74700AQ理想二極管控制器的典型電路示意圖

（注：本文來源于《EEPW》2025年12期）