两个MOS管背靠背串联可以组成一个高效的反向电流阻断电路,这种电路在电子电路中有着广泛的应用,特别是在需要防止电流倒灌或反向流动的场合。
一、工作原理
两个MOS管背靠背串联,是一个MOS管的漏极(D极)与另一个MOS管的源极(S极)相连,同时它们的栅极(G极)分别受到相同的控制信号。当控制信号为高电平时,两个MOS管同时导通,允许电流通过;当控制信号为低电平时,两个MOS管同时关断,由于它们的体二极管反向串联,可以共同阻断反向电流。
二、应用场景
锂电池充放电保护:在锂电池充放电电路中,使用两个MOS管背靠背串联可以防止电池在充电过程中反向放电,或在放电过程中被外部电源反向充电,从而保护电池不受损害。
电源反接保护:在电源电路中,使用两个MOS管串联可以防止电源反接导致的电路损坏。当电源正确接入时,MOS管导通;当电源反接时,MOS管截止,起到保护作用。
电机控制:在电机控制电路中,使用两个MOS管串联可以实现对电机电流的双向控制,同时防止电机在停止时产生反向电流,保护电机和驱动器。
三、电路特点
高效性:由于MOS管具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性,因此这种反向电流阻断电路具有很高的效率。
可靠性:两个MOS管背靠背串联可以共同承担反向电压,提高了电路的可靠性。
灵活性:通过调整控制信号,可以灵活地控制电路的通断状态,实现电流的双向控制。
四、示例解说
示例为Back-to-Back Connected PMOS组成的Bidirectional Power Switch.
锂电池充放电电路。
通过USB 给Battery 充电,当控制Q3 导通USB 电源通过Q1 体二极管与Q3 形成通路VGS(Q1)=VGS(Q2)<0,于是Q1 和 Q2 导通,实现Battery 充电。
Battery 给USB 外接的负载供电,当控制Q3 导通, Battery电源通过Q2 体二极管与Q3 形成通路,VGS(Q1)=VGS(Q2)<0,于是Q1 和 Q2 导通实现给USB 接口电路供电。
当控制Q3 关断时,USB 无法给Battery 充电Battery 也无法给USB 负载供电,这种架构可以实现电流防倒灌功能/反向电流阻断。
MOS 管基极的电容C 充使得导通变缓,可以起到限制双向的浪涌电流。
公共漏极中的背靠背连接NMOS
公共源极中背靠背连接的NMOS
为什么要用两个MOS 背靠背串联呢?可以用单独一个MOS来实现吗?
使用1个MOS管,当控制MOS 关断时,由于MOS 体二极管的作用,Battery 还可以通过体二极管放电,起不到关断作用。
使用2个MOS管,当控制两个MOS 都关断时,由于MOS 体二极管反向串联,可以起到阻断Battery放电作用.
五、使用两个MOS背靠背串联的优势
实现双向导电:两个MOS背靠背串联可以组成一个双向开关,允许电流在两个方向上自由流动。这种特性在某些应用中非常有用,如电池充放电电路、USB接口电路等。
阻止双向电压流:当需要阻止电流流动时,可以通过控制两个MOS管同时关断来实现。由于两个MOS管的体二极管是反向串联的,因此它们可以相互抵消对方的作用,从而有效地阻止电流的流动。
保护电路:在不一定的情况下,电池过充、过放或短路等,使用两个MOS背靠背串联可以更有效地保护电路免受损坏。通过精确控制MOS管的开关状态,可以迅速切断电流,防止电路中的其他元件受到损害。
六、实际仿真效果
总结:
两个MOS管背靠背串联可以组成高效的反向电流阻断电路,广泛应用于防止电流倒灌或反向流动的场合。这种电路通过同时控制两个MOS管的开关状态,实现电流的双向控制和反向阻断。与单独使用一个MOS管相比,背靠背串联可以更有效地防止电池通过体二极管放电,提高电路的可靠性和效率。此外,该电路还具有高效性、可靠性和灵活性等特点,适用于锂电池充放电保护、电源反接保护和电机控制等多种应用场景。通过实际仿真,可以验证其优异的性能和广泛的应用价值。