眾所周知，我們使用的大部分電子元件都是直流環境且電源正接下工作的，但是一旦電源出現反接的情況就有可能損壞電子元件，使其不能正常工作。這個時候，就需要我們在實際設計中，要考慮電源防反接電路，以此來避免因為操作不當導致電源反接。

首當其沖我們肯定會想到二極管，運用PN結的單向導通特性可以有效的防止電源反接而損壞電路，但是二極管的PN結本身存在0.5~0.6V的壓降并且只能流過小電流，只能適用于小功率的場合。如果在大功率的場合下使用二極管防反接，就需要考慮二極管的功耗問題。所以在大功率的電路設計中，面對這種問題我們不得不考慮其他的元件代替二極管進行防反接保護。

在晶體管中導通壓降最低的就屬MOSFET場效應晶體管了，MOSFET中由于制造工藝的問題，N-MOSFET的導通電阻最小，能持續流過的電流最大，但是能承受的壓降較小，價格也比較能夠承受。本文設計我們采用N-MOSFET進行電源防反接保護。

(1) 二極管防反接電路原理

圖1 二極管防反接電路原理圖

從圖1可以看出，利用二極管D1的單向導通特性，實現防反接功能，這種方法簡單、安全可靠、成本低廉，但是負載Rload兩端的電壓較輸入電壓Vin少了一個二極管D1的電壓，并且負載不能太大（電阻不能太小），否則有可能因為電流過大而燒壞二極管D1，就這直接決定了這種電路不能適用于大功率。

(2) N-MOSFET防反接電路原理

圖2 N-MOSFET防反接電路原理圖

從圖2可以看出，電源電流走向先經過負載然后從Q1 N-MOSFET的S極出N-MOSFET的D極，由于N-MOSFET的DS之間中存在寄生二極管，所以第一階段負載兩端的電壓為：

第二階段由于電源VCC還從R1、R2、Q1流過，由于R1和R2的存在會在Q1 N-MOSFET的GS之間建立壓降：

這是一個正反饋的原理，當大于Q1 N-MOSFET的GS之間閾值電壓，那么Q1 N-MOSFET的DS之間就會被導通，隨著時間增加，N-MOSFET的DS之間就會等效為一個幾毫歐姆的電阻，就算在兩端流過大電流也不會有很大壓降產生。此時負載兩端電壓為：

通常在高電壓的場合，可以在R2兩端加一個穩壓二極管，防止電源受到干擾產生尖峰波，從而使得N-MOSFET的GS之間電壓瞬間高于極限電壓Vgss而燒毀，如圖3是HY1603D的極限參數表，從圖中可以得到Vgss最高為20V。

圖3 HY1603D極限參數圖

當然在低電壓的場合完全用不到穩壓二極管D2，所以電路圖可以簡化為圖4所示。

圖4 一般情況下N-MOSFET防反接電路

(3) N-MOSFET防反接電路原理注意事項

(3.1) 兩個電阻怎么選值？

圖5 N-MOSFET放反接電路原理圖

如圖5所示電路中，怎么確定圖5中R1和R2的具體阻值？這個就需要根據各個MOSFET的型號確定了，因為不同的MOSFET的閾值電壓都是不一樣的，這里以HY1603D為例。從它的Datasheet中可以看出閾值電壓最大值為2.5V，如圖6所示。

圖6 HY1603D電氣特性參數圖

也就是我只要設置HY1603D的GS之間的電壓超過2.5V就可以使其導通，但是實際上通常是要取比2.5V高的電壓，這個可以從它的輸出特性圖看出。如圖7Vds與Id的特性曲線圖以及圖8Vgs與導通電阻Rds特性曲線圖所示。

圖7 Vds與Id的特性曲線圖

圖8 Vgs與導通電阻Rds特性曲線圖

從圖7可以得知當Vgs電壓為3V時流過電流最大為10A，當Vgs電壓為4.5V以上流過的電流最大可達140A，所以從圖7可知Vgs電壓最好設置在4.5V以上。從圖8可以得知，隨著Vgs之間的電壓增大，MOSFET之間的導通電壓Rds越來越小，并且在4.5V時是一個拐點，隨著Vgs繼續增大，Rds變化不怎么明顯。所以從圖7和圖8可以得出結論，HY1603D的閾值電壓最好設置在4.5V以上，為方便計算這里取5V，VCC取10V。

所以滿足的關系為：

通常情況下，取常用電阻1K、2.2K，這里取1K，所以R2=1K將代入式（5）可以求得R1=1K。那豈不是R1我可以取100K？

(3.2) 兩個電阻這樣接合適嘛？

圖9 N-MOSFET電阻另一種接法圖

如圖9所示，如果電阻R6我直接接到N-MOSFET的另一端可以嗎？答案是不可以的，因為從第2節圖3 HY1603D極限參數圖我們可以知道，Vgss最高電壓為20V同時也存在最低電壓為-20V，這樣接就有可能使得Vgs之間的電壓比Vgss最低極限電壓還大（這里的大指絕對值）從而燒毀MOSFET。