关键词：电流防倒灌，电路保护，电源
电路保护是保障电子系统安全的重要措施，通过预防或限制过流、过压、过温、短路等异常情况，避免设备损坏、火灾或触电风险。之前通用电路抄作业就曾分享过几种过压保护电路。
本期通用电路抄作业，我们来讲讲另外一种电路保护——电流防倒灌。
首先，什么是电流倒灌，以及什么时候会出现电流倒灌呢？
正如字面意思一样，电流倒灌就是电流从负载或者次级电路反向流入电源、初级电路或者其他不应该受电的部分。很多电路都可能存在这种产生反向电流的情况，比如，最常见的电池充电，充电完成之后，如果没有断开连接，电池可能会向充电器反向放电；还有如果系统同时连接了主电源和备用电池，当主电源断电、或者电压低于电池电压时，电池电流可能反向流入主电源电路。此外，电机、电感等感性负载，断电瞬间会产生反向电动势，也可能形成反向电流。
根据电路中的电流大小、效率、成本等，防倒灌的方式有很多种，本期我们就为大家分享3种防倒灌方案。
我们以移动设备充电为例，看看它的防倒灌方案该如何设计。现在的移动设备存在多种供电方式，常见的TYPE-C直流5V，内部电池组供电4.2V，或者电源适配器供电。
第一种情况，电源适配器供电时，可以使用防反接二极管，这是电路最简单，性价比最高的方案。电路原理是这样的：
电源适配器独立5V输入到J3经过0欧姆短路保护电阻R13，点亮led指示灯D4，经过10uF陶瓷滤波电容C5降低电源纹波后，经过防反接二极管到达10uF滤波电容C6后，为后端负载供电。当负载端产生电流之后，二极管截止不导通，起到防倒灌的作用。这种方案的缺点是二极管压降大，电流大导致发热增加，导致产品温升导致产品不稳定。
第二种，TYPE-C供电时，使用mos管作为电子开关，通过控制mos管的导通状态阻断反向电流。
具体的电路是这样的，TYPE-C独立5v输入经过Pmos管AO3401A，此时电源适配器没有接入，所以A点为0V，经过电阻R2的1k电阻接到Q1的栅极，为了确保Q1在0V稳定导通，还增加了电阻R1的10k电阻拉到GND。这个时候，电流流过Q1到达10uF滤波电容C6后，为后端负载供电。如果后级负载产生电流之后，Q1截止，无电流流过Q1。
关于mos管，得捷上有超多种mos管，并且提供了各种参数，方便我们根据自己的电路需求，选择出合适的mos管。
这个方案的优点是压降低，内阻低，发热小，近似理想二极管，性价比高，但外围电路相比二极管电路多。
第三种，采用电池独立供电时，电池电源4.2V，连接U1理想二极管LM66100DCK输入引脚，由于VOUT输出受控于CE使能引脚。当 CE 引脚电压高于输入电压时，LM66100内部PMOS截止，关闭输出。当 CE 引脚电压比较低时，内部PMOS导通输出。
那我们看一下，CE引脚连接1k电阻R4连接到VOUT端C点，稳压二极管D2保护引脚CE，不被引入高压或者静电打坏。其他2组电源适配器和TYPE-C没有接入，所以C点电位为0V，这样CE为0V，LM66100就会工作，输出电压经过10uF电容C2二次滤波为后端负载供电。
LM66100 还具有反极性保护 (RPP) 功能，该功能可以保护器件不受误接线输入的影响，例如电池装反。
像LM66100DCK这样的理想二极管有很多，比如ADI的MAX40200，onsemi的NCV68061等等。
使用理想二极管的方案的优点是保护全面，压降低，内阻低，发热小，就是价格稍贵。
刚刚我们分析的是三种供电单独接入时的情况，那当三种供电同时接入时，如果能够做到防倒灌呢？这里，我们设计的是电源适配器的优先级最高，依次是TYPE-C输入，电池输入为负载供电，为什么是这样子呢？让我们来分析一下：
电源适配器到反倒灌D1输出到负载后级电路。这个时候，A点电位4.7V，通过电阻R2拉高Q1的Vgs电压，反倒灌PMOS截止断开TYPE-C输出，电源适配器输入电压无法流进TYPE-C。由于输出电源适配输出4.7V电位存在，此时C点电位也是4.7V，LM66100DCK输出受控于CE使能引脚，CE引脚通过电阻R4连接到VOUT端C点，C点的电压高于电池的电压，所以LM66100DCK内部PMOS截止，不输出。当前，电源适配器为后级负载供电。
当TYPE-C和电池接入，这个时候，A点电位0V通过电阻R2拉低Q1的Vgs电压，反倒灌PMOS导通TYPE-C输出5V；由于TYPE-C输出5V电压存在，此时C点电位也是5V，LM66100DCK输出受控于CE使能引脚，CE引脚通过电阻R4连接到VOUT端C点， CE为5V时候内部PMOS截止不输出，所以这个时候是由TYPE-C为后级负载供电。
我们将上面的原理图做成了电路板，一起来看下防倒灌的工作情况吧。
实验演示：链接: https://pan.baidu.com/s/1Oq2wMKYMw-UiOprmZASl9A?pwd=cxk4 提取码: cxk4
好的，对于防倒灌电路的原理分析和实际效果演示，就到这里了。希望今天的分享可以为大家设计的电路保驾护航。
小编的话：
正如文章所介绍的，防倒灌电路是电源设计中的“单向阀”，确保电流单向流动，保障系统安全、效率和稳定性。其方案实现要根据电流大小、效率要求、成本预算选择方案，重点优化器件参数、散热及控制逻辑。简言之，要选对器件、控准时序、算准损耗、留足保护冗余。您在电源中防倒灌电路的设计和优化有哪些经验或疑问？欢迎留言，和DigiKey的朋友们一起分享交流！
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