处理电源电压反转有几种众所周知的方法。最明显的方法是在电源和负载之间连接一个二极管，但是由于二极管正向电压的原因，这种做法会产生额外的功耗。虽然该方法很简洁，但是二极管在便携式或备份应用中是不起作用的，因为电池在充电时必须吸收电流，而在不充电时则须供应电流。

另一种方法是使用图 1 所示的 MOSFET 电路之一。

当电池接入时，电池充电器处于闲置状态，负载和电池充电器与反向电池安全去耦。然而，如果充电器变至运行状态 (例如：附联了输入电源连接器)，则充电器在 NMOS 的栅极和源极之间产生一个电压，这增强了 NMOS，从而实现电流传导。这一点在图 3 中更形象。

负载和充电器虽与反向电压隔离，但是起保护作用的 MOSFET 现在面临的一大问题是功耗过高。在这种情况下，电池充电器变成了一个电池放电器。当电池充电器为 MOSFET 提供了足够的栅极支持以吸收由充电器输送的电流时，该电路将达到平衡。例如，如果一个强大 MOSFET 的 VTH 约为 2V，而且充电器能够在 2V 电压下提供电流，则电池充电器输出电压将稳定在 2V (MOSFET 的漏极处在 2V + 电池电压)。MOSFET 中的功耗为 ICHARGE • (VTH + VBAT)，因而使 MOSFET 升温发热，直到产生的热量散逸离开印刷电路板。该电路的 PMOS 版本也是一样。

下面将介绍该方法的两种替代方案，这些替代方案各有优缺点。

N 沟道 MOSFET 设计

第一种方案采用一个 NMOS 隔离器件，如图 4 所示。

该电路的算法是：如果电池电压超过了电池充电器输出电压，则必须停用隔离 MOSFET。

如同上述的 NMOS 方法一样，在该电路中，MN1 连接在介于充电器/负载和电池端子之间接线的低压侧。然而，晶体管 MP1 和 Q1 现在提供了一个检测电路，该电路在电池反接的情况下将停用 MN1。反接电池将 MP1 的源极升举至高于其连接至充电器正端子的栅极。接着，MP1 的漏极通过 R1 将电流输送至 Q1 的基极。然后，Q1 将 MN1 的栅极分流至地，防止充电电流在 MN1 中流动。R1 负责控制在反向检测期间流到 Q1 的基极电流，而 R2 则在正常操作中为 Q1 的基极提供泄放。R3 赋予了 Q1 将 MN1 的栅极拉至地电位的权限。R3/R4 分压器限制 MN1 栅极上的电压，这样栅极电压在反向电池热插拔期间不必下降那么多。最坏情况是电池充电器已经处于运行状态、产生其恒定电压电平，附联了一个反接电池时。在这种情况下，必需尽可能快地关断 MN1，以限制消耗高功率的时间。该电路带有 R3 和 R4 的这一特殊版本最适合 12V 铅酸电池应用，但是在单节和两节锂离子电池产品等较低电压应用中，可以免除 R4。电容器 C1 提供了一个超快速充电泵，以在反向电池附联期间下拉 MN1 的栅极电平。对于最差情形 (附联一个反向电池时充电器已使能的状况再次出现)，C1 非常有用。

该电路的缺点是需要额外的组件，R3/R4 分压器在电池上产生了一个虽然很小、但却是持续的负载。

此类组件大多是纤巧的。MP1 和 Q1 不是功率器件，而且通常可采用 SOT23-3、SC70-3 或更小的封装。MN1 应具有非常优良的导电性，因为它是传输器件，但是尺寸不必很大。由于它在深三极管区工作，并且得到了大幅的栅极强化，因此其功耗即使对于导电性中等的器件来说也很低。例如，100mΩ 以下的晶体管也经常采用 SOT23-3 封装。

为了实现该条件，电池接入时充电器必须已经处于运行状态。如果电池在充电器使能之前接入，则 MP1 的栅极电压完全由电池上拉，因而停用 MP1。当充电器接通时，它产生一个受控的电流 (而不是高电流冲击)，这降低了 MP1 接通、MP2 关断的可能性。

另一方面，如果充电器在电池附联之前启用，则 MP1 的栅极只需简单地跟随电池充电器输出，因为它是由泄放电阻器 R2 上拉的。未接入电池时，MP1 根本没有接通和使 MP2 脱离运行状态的倾向。

当充电器已经启动并运行、而电池附联在后时，就会出现问题。在这种情况下，在充电器输出和电池端子之间存在瞬间差异，这将促使 MP1 使 MP2 脱离运行状态，因为电池电压强制充电器电容进行吸收。这使 MP2 从充电器电容器吸取电荷的能力与 MP1 使 MP2 脱离运行状态的能力之间形成了竞争。

该电路也用一个铅酸电池和 LTC4015 电池充电器进行了测试。将一个承受重负载的 6V 电源作为电池模拟器连接至一个已经使能的电池充电器绝对不会触发“断开连接”状态。所做的测试并不全面，应在关键应用中更加全面彻底地进行测试。即使电路确已锁定，停用电池充电器并重新启用它仍将始终导致重新连接。

故障状态可通过人为操控电路 (在 R1 的顶端和电池充电器输出之间建立临时连接) 进行演示。然而，普遍认为该电路更倾向于连接。如果连接失败确实成为一个问题，那么可以设计一款利用多个器件停用电池充电器的电路。图 12 给出了一个更加完整的电路例子。

图 10 示出了充电器被停用的 PMOS 保护电路的效果。

请注意，不论什么情况，电池充电器和负载电压都不会出现负电压传送。

图 11 示出了该电路处于“当反接电池进行热插拔时充电器已进入运行状态”这种不利情况下。

与 NMOS 电路的效果相差无几，在断开电路连接使传输晶体管 MP2 脱离运行状态之前，反向电池略微下拉充电器和负载电压。

在电路的这个版本中，晶体管 MP2 必须能够经受两倍于电池电压的 VDS (一个用于充电器，一个用于反接电池) 和等于电池电压的 VGS。另一方面，MP1 必须能够经受等于电池电压的 VDS和两倍于电池电压的 VGS。这项要求令人遗憾，因为对于 MOSFET 晶体管来说，额定 VDS始终超过额定 VGS。可以找到具有 30V VGS 容限和 40V VDS 容限的晶体管，适合铅酸电池应用。为了支持电压较高的电池，必须增添齐纳二极管和限流电阻器来修改电路。

图 12 示出了一个能够处理两个串联堆叠铅酸电池的电路实例。

D1、D3 和 R3 保护 MP2 和 MP3 的栅极免受高电压的损坏。当一个反接电池进行热插拔时，D2 可防止 MP3 的栅极以及电池充电器输出快速移动至地电位以下。当电路具有反接电池或处于错误断开连接闭锁状态时，MP1 和 R1 可检测出来，并利用缺失的 LTC4015 的 RT 特性来停用电池充电器。

结论

可以开发一种面向基于电池充电器应用的反向电压保护电路。人们开发了一些电路并进行了简略的测试，测试结果令人鼓舞。对于反向电池问题并不存在什么高招，不过，希望本文介绍的方法能够提供充分的启示，即存在一种简单、低成本的解决方案。