防反保護電路的設計（下篇）
概述
本系列的上、下兩篇文章探討了防反保護電路的設計。?上篇?介紹了各種脈沖干擾以及在汽車電子產(chǎn)品中設計防反保護電路的必要性，同時回顧了 PMOS 方案保護電路的特性；本文為下篇，將討論使用 NMOS 和升降壓驅動 IC 實現(xiàn)的防反保護電路。
NMOS
設計具有 NMOS 和驅動IC 的防反保護電路時，NMOS 需放置在高邊，驅動IC也從高邊取電，這里將產(chǎn)生一個大于輸入電壓 (VIN) 的內(nèi)部電壓，給 NMOS 提供 (VGS)驅動供電。
根據(jù)驅動電源產(chǎn)生的原理，驅動IC可以采用電荷泵方案或升降壓（Buck-Boost）方案。具體描述如下：
電荷泵防反保護方案: 電荷泵方案具有較低的總體BOM 需求，從而可降低成本。該方案非常適合小電流應用，例如汽車 USB 供電設備 (PD) 大功率充電模塊。
升降壓防反保護方案: 升降壓方案提供強大的驅動能力和出色的EMC 性能。該方案非常適合大電流和高性能環(huán)境，例如汽車域控制器和音響系統(tǒng)。
圖 1 顯示了電荷泵方案與升降壓方案的特性。
驅動IC的工作原理
圖2顯示了具有電荷泵拓撲的NMOS驅動簡化工作原理圖。
CLK周期描述如下：
S1和S2導通
C0?由內(nèi)部對地電壓源充電
S3和S4導通
C1?由 C0?上的電壓充電
C0?是具有快速充電和放電速度的小電容，而 C1?則是具有大負載能力的大電容。因此，通過S1和S2（以及S3和S4）的頻繁切換， C0?上的電荷可以不斷傳輸給 C1，而 C1?的負端連接至電池電壓 (VBATT)。最終，NMOS由一個大于 VBATT?的電壓驅動。
圖 3 顯示了具有升降壓拓撲的 NMOS 驅動簡化工作原理圖。
在升降壓拓撲中，功率MOSFET放在低邊。當 S_BAT 導通時， VIN?對電感充電，電感電壓為負；當S_BAT關斷時，電感將通過二極管釋放能量，電感電壓為正，并為 C1充電。當 C1?上的電壓超過 VBATT?時，NMOS柵極將被驅動。
升降壓驅動 IC 的優(yōu)勢
在防反保護驅動 IC 中采用升降壓驅動 IC 有兩個明顯優(yōu)勢：增強驅動電流能力并提高 EMC 性能。
驅動電流能力
升降壓拓撲可以提供更大的驅動電流能力和更快的輸入干擾響應能力。例如，輸入疊加100kHz，峰峰值2V條件下進行實測。測量結果如圖 4所示，其中包含輸入防反保護 MOSFET 的源極電壓（粉色）、通過防反保護 MOSFET 的漏極電壓（淺藍色）、MOSFET 驅動 VGS?（紅色）和負載電流（綠色）。
波形顯示出，驅動IC實時監(jiān)測了NMOS的漏極與源極。在測試條件下，輸入電壓 （VIN） 與源極電壓 (VS)一致，而系統(tǒng)電壓則與漏極電壓 (VD)一致。
如果 VS?低于 VD，則 VIN?低于系統(tǒng)電壓，MOSFET 驅動關斷，體二極管提供防反保護功能防止電容電流回流；如果 VS?超過 VD，則 VIN?超過系統(tǒng)電壓，MOSFET 驅動導通，可避免體二極管導通影響效率。
如果采用電荷泵型防反驅動，由于其驅動電流能力不強，在輸入電壓快速波動時，容易產(chǎn)生門極驅動脈沖丟失或者常開的異?，F(xiàn)象。
我們對電荷泵防反保護電路進行測量。測量結果如圖 5所示，其中包括防反保護 MOSFET 的輸入源極電壓（黃色）、輸出漏極電壓（紅色）、驅動 VGS（綠色）和負載電流（藍色）。
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