在使用電子元器件時，你有時候不可避免地會聞到芯片燒焦的味道。這都是反向電流惹的禍。反向電流就是由于出現了高反向偏置電壓，系統中的電流以相反的方向運行；從輸出到輸入。幸運的是，有很多方法可以保護你的系統不受反向電流的影響。

原因

反向電流的最常見原因，即反向偏置電壓，就是輸出上的電壓要高于輸入上的電壓，從而使電流在系統中的流動方向與你希望的流動方向相反。圖1中顯示了這個情況。

圖1：反向電流

VIN 由于功率損耗突然變為零，使得系統輸出上的電壓高于輸入電壓，這種情況是有可能發生的。或者是電源意外地導致了一個反向電壓事件。

如何防止

反向電流有可能損壞內部電路和電池等電源。事實上，甚至是電纜都有可能被損壞，連接器的性能也會被降低。這也是器件著火的原因，就是因為大電流導致功率耗散呈指數級別的上升。

保護功能需要將反向電流保持在非常低的水平上。這意味著對于反向電壓的限制。有三種常用的方法可以防止反向電流：

二極管

FET

負載開關的系統。

二極管

二極管與FET相比，它的成本更低，更易于集成。它們非常適合于高壓、低電流應用。然而，如果你曾經使用過二極管的話，你一定非常熟悉它所導致的正向壓降較大，而這會縮短電池使用壽命，并且使VCC（通常情況下）大約下降0.6-0.8V。這個壓降會降低電源電路的效率，并且增加系統的總體功率耗散。

基于這些原因，肖特基二極管是常見的替代器件；它們的正向壓降更低。不過，它們也更加昂貴，且具有更高的反向電流泄露，而這會導致系統問題。圖2顯示的是系統中的一個用來阻斷反向電流的二極管。

圖2：二極管反向電流保護

FET

由于其低正向電壓和高電流處理能力，FET會在你必須保持較低功率耗散時提供幫助。對于一個放置在接地路徑中的N類型金屬氧化物半導體(NMOS) FET來說，使體二極管的方向與正常電流流向保持一致。通過使用這種方法，如果有人錯誤地安裝了電池，柵極電壓為低電平，這就防止了FET接通。然而，當電池安裝正確時，柵極電壓為高電平，它的通道短接至地。

為了在FET關閉時阻斷兩個方向上的電流，可將兩個FET背靠背連接。與二極管解決方案相比，電源到負載的壓降更低，不過這種實現方式占用了大量的電路板面積。圖3顯示了用來阻斷反向電流的兩個背靠背FET示例。

圖3：用雙FET實現的反向電流阻斷

負載開關

負載開關是可打開和關閉電源軌的電子開關。當內部FET導通時，電流從輸入流向輸出，并將功率傳遞至下游電路。使能該器件后，可以通過調節外部引腳（CT引腳）上的電容來控制輸出電壓（VOUT）的上升時間(防浪涌)。

負載開關是用來接通和關閉電源軌的集成電子中繼器。大多數基本負載開關采用小型集成封裝，由四個引腳組成：輸入電壓、輸出電壓、使能、和接地，并且包含多重特性，其中有反向電流保護。圖4顯示了一個用來阻斷反向電流的負載開關。

圖4：負載開關反向電流保護

反向電流實例

USB type-C

在USB Type-C應用中，USB Type-C端口可以提供5 V，12 V和20 V的電源。USB還使用5和12 V電源軌為內部設備組件供電，但是它非常敏感。外部電壓干擾。如果USB端口提供20 V電源，則應保護12 V和5 V內部電源軌免受較高輸出電壓引起的反向電流的影

響。

USB type-C電源rails

FET用作電源開關：

浪涌電流控制可保護在負載附近包含大容量電容器的系統。最初給系統供電時，對這些電容器進行充電會導致較大的浪涌電流，超過額定負載電流。如果不加以解決，這可能會導致電壓軌由于壓降而掉落至不規范狀態，從而導致系統進入不良狀態。負載開關可以通過使用CT引腳管理電源軌的上升時間來減輕浪涌電流。這導致線性輸出擺率，不會造成電壓突降或不需要外部穩壓器。

負載開關作用--輸入電源低、快速關斷

禁用該器件時，可通過快速輸出放電（QOD）控制VOUT的下降時間。每當關閉供電電源時，QOD都會將輸出拉至地，以防止輸出浮動或進入不確定狀態。

多路供電系統

功率多路復用（也稱為功率多路復用）是一種使用開關電路為系統選擇多個電源之一并具有在它們之間進行切換的能力的實踐。圖9顯示了此配置。

如果其中一個電源電壓高于另一個電源電壓，則即使另一個電源導軌具有“斷開”開關，也可能會產生反向電流。這在使用FET切換電源的情況下發生。在“開路” FET的輸出端看到的較高電壓會導致反向電流從較高電壓電源流過FET體二極管，并流入較低電壓電源。圖10顯示了一個示例，其中將3.3 V電源軌的開關“斷開”時向系統施加了5 V電壓。

Figure 9多路供電系統

Figure 10反向電流產生

結論

有數個原因會導致反向電流，VIN的突然損耗，或者是電源MUX中的突發事件。這會導致系統損壞，甚至會損壞電源。負載開關可以成為管理反向電流的一個尺寸、成本都很合適的解決方案。