Как работает эта схема обратной полярности?

Это упрощенный взгляд на проблему:

При нормальной работе (Vin положительное, а Vout достигло целевого значения) (высокий) ток протекает через каналы Q2 и Q1. Ток не протекает через диод корпуса Q2 при нормальной работе (он течет во время запуска, как говорит The Photon). Причина наличия двух МОП-транзисторов (вместо одного МОП-транзистора (Q1) и одного диода Шоттки (вместо Q2)) именно в этом. Чтобы избежать падения напряжения, которое в противном случае мы имели бы на этом диоде Шоттки.

Почему при нормальной работе ток течет по обоим каналам? Потому что оба включены. LT4356 использует внутренний насос заряда для создания напряжения Vg выше, чем Vgs_th для этих полевых МОП-транзисторов (что составляет макс. 2,5 В). Представьте, что Vg составляет около 10 В (на самом деле между 4,5 В и 14 В). Vg1 на 10 В выше Vвых. Итак, Vgs(Q1)=10 В > 2,5 В=Vgs_th, и Q1 включен.

Q3 включен только при отрицательном напряжении ниже -1,4 В. Таким образом, при нормальной работе Q3 выключен. Через резистор 1 МОм ток не течет, и Q2 видит то же самое Vg, что и Q1. Итак, Вг1=Вг2. Как насчет Vgs для Q2? Сколько это стоит? Ну, если Vout (например) рассчитан на +12 В, а Vg на 10 В выше, то Vg1=Vg2=22 В. Q2 включен, если его Vgs выше 2,5 В. Чтобы Q2 не был включен ,Vin должно быть выше, чем Vg2-Vgs_th=22-2,5=19,5 В (!), чего в нормальных условиях никогда не будет. В нормальных условиях Vin будет лишь немного выше Vout. Итак, Q2 включен в штатном режиме, а его корпусной диод просто закорочен, что способствует нулевому падению напряжения (что и послужило причиной установки второго MOSFET).

Когда Vin перевернуто и ниже -1,4 В, Q3 включен, это делает Vgs(Q2)=0, и Q2 не может проводить ток. Кроме того, его внутренний диод будет смещен в обратном направлении, поэтому он также не будет проводить ток. Поскольку Q2 включен последовательно с Q1, не имеет значения, что делает Q1, потому что через любой из них не будет протекать ток, и нагрузка будет в безопасности.

Подробнее : причина такой сложности в том, что кремниевый МОП-транзистор — это устройство, которое может проводить ток в обоих направлениях, но может блокировать только в одном направлении (из-за неизбежного диода в корпусе). Если бы этого внутреннего диода не было, MOSFET был бы идеальным переключателем (способным нести и блокировать в обоих направлениях), и одного MOSFET было бы достаточно. Учитывая, что диод есть, единственный способ построить из них двунаправленный блокирующий переключатель с двунаправленным переносом — это разместить два из них встречно-последовательно. Их ворота связаны вместе, а также либо а) (в идеале) их источники связаны вместе, либо б) их стоки связаны вместе (как в данном случае).

GaAs MOSFET не имеют внутреннего диода, поэтому одно устройство работает как идеальный переключатель.

Это разработано для сверхнизкого падения, защиты от перенапряжения при сбросе нагрузки, ограничения тока и ограничения напряжения с автоматическим отключением повторного цикла и предупреждением.

Таким образом, GATE представляет собой NPN с открытым коллектором (с внутренним насосом заряда от V +), контакт 4 через 10 кОм для включения Q1, а затем Q2 через 1 МОм для более медленного включения.

Q1 и Q2 выключены при Vgs=0 и имеют пороговое значение 1~2,5 В, при котором они начинают включаться и полностью включаются при 12 В.

Q3 служит защитой для Q2 (к сожалению, мой сосед перепутал соединительные кабели), поэтому, когда Vbat отрицателен, Q3 и R7 включаются, чтобы выключить Q2 (разомкнут). , который защищает Q3 и R7. Таким образом, с дополнительным D3 он смещен в обратном направлении, Q3 выключен, а Q2 и Q1 контролируются GATE на активном устройстве подавления перенапряжения.

Довольно сложно... Дешевая конструкция представляет собой диод Шоттки на 10 А/60 В, который падает на 0,3 В при 3 А, а затем вы падаете до 12 В со стандартным зажимом LDO... Вам нужны только эти сверхнизкие переключатели для линейных ламп и других вещей, которые очень чувствительны к напряжению. по яркости. Если вы проектируете защищенный порт 12,0 В... нет необходимости во всем этом.

Что не показано на вашей диаграмме, так это диод корпуса полевого транзистора на Q2. Вот «полная» диаграмма Q2, согласно его техническому описанию:

Чтобы схема запустилась, диод между стоком и истоком будет проводить ток от VIN к основной цепи регулятора. Как указывает Telaclavo в другом ответе, после того, как регулятор начал работу, он будет использовать зарядный насос для смещения затвора Q2 выше VIN, включая его и уменьшая падение напряжения на Q2.

В ситуации с обратной полярностью (VIN = -12 В) Q3 будет включен, и он потянет затвор Q2 на низкий уровень, отключив его и предотвратив отвод тока из остальной части цепи.

Это своего рода стандартная схема защиты от обратной полярности (конечно, с драйвером высокой стороны). Простой последовательный диод заменен диодом в корпусе MOSFET, а MOSFET обычно включен, чтобы минимизировать падение напряжения. Например, он встречается (с небольшими вариациями) в bq40z60EVM от TI.

Я считаю D1 полностью избыточным, R7 защищает переход эмиттер-база от чрезмерного обратного тока. Мой дизайн отлично работает без него, поправьте меня, если я что-то упустил.