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使用 MOSFET 和比较器实现反向电流保护：高效与低功耗的平衡方案
1. 为什么需要反向电流保护 (RCP)？
在分布式电源系统（如服务器冗余电源、车载双电池系统）中，反向电流（Reverse Current）主要在以下场景发生：
- 电源失效：主电源突然掉电，输出端的储能电容或电池向输入端倒灌。
- 电压差波动：两个并联电源中，一个电压略高，电流流向电压较低的电源。
- 反电动势：感性负载（如电机）停止时产生的高压回冲。
传统的二极管方案虽然简单，但存在 0.7V 的压降。在 10A 电流下，二极管将产生 7W 的功耗，导致发热严重且效率低下。
2. 理想二极管方案：MOSFET + 比较器
为了最小化损耗，我们使用 MOSFET 代替二极管（称为“理想二极管”方案）。其核心思想是：利用 MOSFET 导通状态下的极低电阻（）作为检流电阻。
2.1 系统框图与工作原理
该电路通过比较器实时监测 MOSFET 漏极（Drain）与源极（Source）之间的电位差 ：
- 正向导通：。电流从 Source 流向 Drain，在 上产生微小压降，使得 。比较器输出高电平，驱动 MOSFET 继续导通。
- 反向截止：。电流尝试反流，使得 瞬间高于 。比较器立即检测到极性翻转，输出低电平切断栅极（Gate），将 MOSFET 变为截止状态。
2.2 浮动电源设计（Floating Supply）
这是 TI 原文中的设计精髓：为了直接驱动高侧（High-side）N-MOSFET，比较器的电源轨是“浮动”在 之上的。这样比较器可以直接感知毫伏级的 变化，而无需复杂的电平转换电路，从而极大地提高了响应速度并降低了噪声干扰。
3. 关键组件选型指南
3.1 MOSFET 的权衡
- 并非越小越好：虽然阻值越小功耗越低，但比较器需要一定的压降（信号强度）来识别电流方向。如果 太小，信噪比会变差，可能导致比较器无法准确判断反向。
- 温度影响： 会随温度升高而增大，设计时需确保在全温度范围内，压降都能落在比较器的输入阈值范围内。
3.2 比较器的性能指标
- 输入失调电压 ()：这是最重要的参数。如果失调电压太大，可能会导致在电流还没反向时就误关闭，或者在反流很大时才关闭。建议选用 低失调、高精度 的比较器。
- 传播延迟 (Propagation Delay)：反向电流通常发生得极快，比较器从检测到关闭 MOSFET 的延迟越短，系统越安全。
4. 进阶优化：迟滞（Hysteresis）电路
在电流接近零点（Light Load）时，由于噪声影响， 可能会频繁跨越比较器阈值，导致 MOSFET 频繁开关（震荡）。
解决方案： 在比较器反馈中加入迟滞电阻。通过设置一个微小的偏置，让 MOSFET 在电流确实达到一定正向值时才开启，而在电流微弱反向时果断关闭。这不仅消除了抖动，还增强了系统对电磁干扰（EMI）的鲁棒性。
5. 仿真验证与实测建议
建议使用 TINA-TI 或 PSpice 进行时域分析。
- 测试点 1：在输入端模拟阶跃掉电，观察 MOSFET 关断的时间常数（通常应在微秒级）。
- 测试点 2：在轻载工况下观察导通状态，确认是否存在误动作。
6. 总结
基于 MOSFET 和比较器的反向电流保护方案，凭借其 极低的传导损耗 和 极快的响应速度，已成为高效电源设计的标准选择。
使用 MOSFET 和比较器实现反向电流保护：高效与低功耗的平衡方案
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