汽車電源系統(tǒng)是極其惡劣的系統(tǒng)，數(shù)以百計的負載掛在汽車電池上，同一時刻這些負載的工作狀態(tài)各不相同，也無法確定。

因此，設(shè)計時需要考慮這些負載處于不同工況時，處于各種潛在故障狀態(tài)下，電源線所產(chǎn)生的各種脈沖可能帶來的影響。

下圖就描述了不同應(yīng)用場景下，電源線上可能出現(xiàn)的各類脈沖。

比如，當(dāng)突然關(guān)閉大功率負載時，電池電壓會出現(xiàn)過沖；當(dāng)突然啟動大功率負載時，電池電壓會出現(xiàn)跌落；當(dāng)感性線束突然出現(xiàn)松動時，負載會看到負向電壓脈沖；當(dāng)汽車發(fā)電機工作時，會在電池上疊加交流紋波；甚至，當(dāng)出現(xiàn)道路救援時，備用電池可能出現(xiàn)極性反接的錯誤操作，此時電池電壓極性長時間反接。

為了覆蓋這些汽車電源線上可能存在的各種脈沖干擾，行業(yè)協(xié)會和各大整車廠紛紛制定了相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)，用來模擬電源線瞬態(tài)脈沖。比如 ISO7637-2，ISO16750-2，還有奔馳和大眾等車廠測試標(biāo)準(zhǔn)等。防反電路作為最前端的電路，在實現(xiàn)防反功能的同時，還需要滿足上述各種測試標(biāo)準(zhǔn)。

了解完汽車相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)后，我們來看一下防反電路的基本類型：

1

--- 串聯(lián)肖特基二極管

這種方式的優(yōu)點是簡單，成本低，但損耗較大。一般用于電流不超過 2-3A 的小電流應(yīng)用。

2

--- 在高邊串聯(lián) PMOS

這種方式的驅(qū)動電路簡單，當(dāng)電源正接時，PMOS 溝道導(dǎo)通，管壓降小，損耗和溫升低，當(dāng)電源反接時，PMOS 溝道關(guān)閉，寄生體二極管實現(xiàn)防反的功能。缺點是，PMOS 成本較高。一般用于電流超過 3A 以上的大電流應(yīng)用場合。

3

--- 在低邊串聯(lián) NMOS

這種方式柵極驅(qū)動電路簡單，且 NMOS 成本較低。其工作原理和 PMOS 類似。但由于這種防反結(jié)構(gòu)使得電源地和負載地被分割，在汽車電子產(chǎn)品設(shè)計中，很少用到。

下面我們來詳細介紹 PMOS 的防反電路設(shè)計。

如下是最傳統(tǒng)的采用 PMOS 做防反功能的電路單元，PMOS 的門級接電阻到地。當(dāng)輸入端接正向電壓時，電流流過 PMOS 的體二極管到負載端，當(dāng)正向電壓高于 PMOS 門限閾值電壓，則會導(dǎo)通溝道，PMOS 的 Vds 壓降降低，從而實現(xiàn)低損耗。一般我們會在門級和源極之間接穩(wěn)壓管，防止輸入電源波動時，柵源極 Vgs 出現(xiàn)過壓，擊穿 PMOS；

但基本 PMOS 防反電路具有如下兩個缺點：

01系統(tǒng)待機電流較大

PMOS防反單元電路，自始至終，由穩(wěn)壓管和限流電阻構(gòu)成的Vgs驅(qū)動和保護電路都存在暗電流，這樣限流電阻R的選擇將影響整體的待機功耗；

限流電阻R的取值不宜過大。一方面，普通穩(wěn)壓管的正常鉗位電流基本為mA級，如果限流電阻過大，穩(wěn)壓管沒辦法可靠導(dǎo)通，其鉗位的性能大打折扣，Vgs存在過壓的風(fēng)險；另一方面，限流電阻越大，PMOS的驅(qū)動電流越小，其開通和關(guān)斷的過程就越慢，當(dāng)輸入存在電壓波動的時候，PMOS可能長時間存在于線性區(qū)，導(dǎo)致PMOS出現(xiàn)過溫的問題。

02存在反灌電流。

采用基本 PMOS 做防反電路設(shè)計，在做輸入電源跌落測試時，隨著輸入電壓跌落，PMOS 溝道仍導(dǎo)通，此時系統(tǒng)電容的電壓會反灌電源，導(dǎo)致產(chǎn)品的系統(tǒng)掉電，功能中斷。在做輸入疊加交流電壓測試時，由于 PMOS 完全導(dǎo)通，同樣存在電流反灌的現(xiàn)象，導(dǎo)致電解電容反復(fù)充放電，電解電容存在過熱隱患。

在了解完傳統(tǒng) PMOS 做防反電路設(shè)計的缺點后，我們不禁要問，有沒有更好的，能夠應(yīng)對汽車電子系統(tǒng)中復(fù)雜電源脈沖測試的防反電路設(shè)計方案呢？

審核編輯 ：李倩