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硬件开发实战：双三极管镜像比例电路实现电源“零压降”防护
一、 方案背景
在多电源并联（冗余供电）或电池充电系统中，**电流倒灌（Backflow）和电源反接（Reverse Polarity）**是导致电路烧毁的两大元凶。传统的肖特基二极管方案虽然简单，但在大电流下存在明显的压降（通常为 ），导致严重的散热问题和功率损耗。
本方案采用双三极管镜像电路配合 P-MOSFET，旨在构建一个低功耗、高灵敏度的“理想二极管”防护系统。
二、 电路原理与工作机制分析
本电路的核心在于利用双三极管（通常使用集成双三极管以保证参数一致性）组成的电压比较网络，实时监测输入端（PowerIn）与输出端（PowerOut）的微小压差。
1. 正常供电模式 (PowerIn > PowerOut)
- 检测机制：当输入端电压高于输出端时，左侧三极管的发射极电位高于右侧。由于基极相互连接，这种不对称性使得左侧三极管导通。
- 驱动过程：左侧管导通导致电流流过，进而使右侧管处于截止状态。
- MOS 状态：由于右侧管截止，P-MOSFET 的栅极（Gate）通过下拉电阻 R3 被拉至地（GND）。
- 结果： 达到导通阈值，P-MOSFET 完全开启。电流通过低阻抗的 MOS 沟道，压降极小（）。
2. 电流倒灌防护 (PowerIn < PowerOut)
- 检测机制：一旦输出端电压因某些原因（如电池电压、感性负载回冲）高于输入端，镜像平衡被打破。
- 驱动过程：右侧三极管的发射极电位变高，导致其进入饱和导通状态。
- MOS 状态：右侧管导通后，将 P-MOSFET 的栅极电位拉升至接近 PowerOut 的水平。
- 结果： 趋近于 0，P-MOSFET 迅速关断，切断了从 PowerOut 回流到 PowerIn 的路径，响应速度远快于普通机械继电器。
3. 电源反接保护
- 物理特性：当输入端正负极接反时，P-MOSFET 的源极（Source）相对于栅极没有正向压差。
- 结果：MOSFET 保持截止状态，后级电路与反向高压完全隔离。
三、 技术优势对比
| 特性 | 传统二极管方案 | 本镜像比例电路方案 |
|---|---|---|
| 功耗损耗 | 高（） | 极低（） |
| 发热量 | 显著，需散热片 | 极微弱 |
| 反向响应 | 依靠物理单向性 | 依靠主动检测，灵敏度高 |
| 输入范围 | 受二极管耐压限制 | 取决于 MOS 和三极管耐压 |
四、 工程实践建议
1. 组件选型
- 集成双三极管：建议使用 BCM847 或类似的集成 SOT-363 封装芯片。集成芯片的两个晶体管位于同一晶圆上，温度特性和 值（电流放大倍数）高度一致，能显著降低误动作概率。
- P-MOSFET：应根据负载电流选择低 的型号，并确保其 耐压高于系统最大输入电压。
2. 缺点与改进
- 静态功耗：由于比较电路需要偏置电阻，会存在微安（）级别的静态电流消耗。在极低功耗的待机设备中需优化电阻阻值。
- 小众设计调试：由于其利用了晶体管的微小压差特性，布线时应尽量让 PowerIn 和 PowerOut 的采样点靠近 MOS 管的引脚，减少 PCB 走线电阻的影响。
五、 典型应用场景
- 多电池并联系统：防止电池组之间由于内阻或电量不同产生的互充电流。
- 太阳能充放电控制器：夜间防止蓄电池向太阳能板倒流电能。
- 以太网（PoE）受电设备：作为接口处的极性转换与保护级。
六、 总结
双三极管镜像比例电路是提升电源系统鲁棒性的精妙方案。它不仅解决了传统二极管的发热问题，还通过主动检测机制实现了毫伏级的倒流保护。对于追求高性能、高效率的嵌入式电源模块设计，该方案是性价比极高的选择。
硬件开发实战：双三极管镜像比例电路实现电源“零压降”防护
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