在電子設(shè)備的使用過程中，電池的正確連接至關(guān)重要，一旦電池反接，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成不可逆的損害。早前發(fā)布的設(shè)計(jì)實(shí)例 “Circuit provides reverse - battery protection【1】” 中介紹了一種極性保護(hù)電路，它能夠?qū)㈦姵卣_連接到負(fù)載，而不受電池在底座中方向的影響。該電路采用了 Maxim 公司提供的快速開關(guān)、低壓、雙 SPDT CMOS 模擬開關(guān) IC MAX4636 進(jìn)行設(shè)計(jì)。不過，它存在一定的局限性，其電源電壓范圍僅為 1.8 - 5.5V，且內(nèi)部電阻略高，因此只適用于電流負(fù)荷不超過 30mA 的產(chǎn)品。
幸運(yùn)的是，隨著 MOSFET 技術(shù)取得重大進(jìn)步，這些局限如今能夠被克服。接下來，我們?cè)敿?xì)介紹幾種利用 MOSFET 實(shí)現(xiàn)電池反接保護(hù)的電路。

P 溝道 MOSFET 反極性保護(hù)電路

圖 1 展示了使用 P 溝道 MOSFET 晶體管對(duì)負(fù)載進(jìn)行反極性電池保護(hù)的方法。通常情況下，要使 P 溝道 MOSFET 導(dǎo)通，需要向其柵源控制結(jié)施加合適的電壓，即柵極端為負(fù)電位，源極端為正電位。圖 1 中的 P 溝道 MOSFET 連接方式稍有不同，其工作原理如下：
當(dāng)電源加到 A 和 B 端子（A 為正，B 為負(fù)）時(shí)，晶體管的內(nèi)部二極管 D1 處于正向偏置狀態(tài)，為 Q1 提供柵源控制電壓，從而使 Q1 導(dǎo)通。此時(shí)，MOSFET 的小電阻會(huì)充當(dāng)二極管 D1 的旁路，將電流輸送到負(fù)載。
當(dāng)電池反向連接，即 A 為負(fù)，B 為正時(shí)，晶體管的內(nèi)部二極管 D1 受到反向偏置，Q1 的柵源電壓為 0，Q1 晶體管截止，負(fù)載無電流通過。
換句話說，這個(gè)電路中的 P 溝道 MOSFET Q1，其行為類似于正向閾值電壓非常低的二極管（即虛擬的 “D2”）。

N 溝道 MOSFET 反極性保護(hù)電路

N 溝道 MOSFET 也可以以類似的方式用于保護(hù)負(fù)載免受反向電池的損壞，如圖 2 所示。
當(dāng) A 端為正、B 端為負(fù)時(shí)，晶體管的內(nèi)部二極管 D1 獲得正向偏置，為 Q1 提供柵漏控制電壓，使 Q1 導(dǎo)通。MOSFET 的小電阻會(huì)為 D1 二極管分流，將電流送到負(fù)載。
當(dāng)向 A 和 B 端子反向供電（A 為負(fù)，B 為正）時(shí)，晶體管的內(nèi)部二極管 D1 受到反向偏置，其柵源電壓等于 0，MOSFET Q1 截止，負(fù)載沒有電流。

圖 1 和圖 2 所示的電路可用于保護(hù)負(fù)載免受電池反接的影響，但如果電池反向安裝，則無法為負(fù)載供電。

全工況供電電路

圖 3 所示的電路則可以在任何電池安裝情況下為負(fù)載供電。
當(dāng)電池按圖 3 所示方向安裝時(shí)，正電位通過 P 溝道晶體管 Q2 的正向偏置內(nèi)部二極管 D2 施加到其源極，使 Q2 的柵極處于電池負(fù)極的電位，從而使 Q2 導(dǎo)通。電池的負(fù)極通過 N 溝道晶體管 Q3 的正向偏置內(nèi)部二極管 D3 連接到其源極，由于 Q3 的柵極處于電池正極的電位，Q3 也會(huì)導(dǎo)通。此時(shí)，Q2 和 Q3 處于放大狀態(tài)，將電池的電壓傳送到負(fù)載，而 Q1 和 Q4 則保持?jǐn)嚅_。
當(dāng)電池安裝方向相反時(shí)，正電勢(shì)通過 P 溝道晶體管 Q4 的正向偏置內(nèi)部二極管 D4 施加到其源極，Q4 導(dǎo)通。Q1 的內(nèi)部二極管 D1 受到正向偏置，將來自電池負(fù)極的電勢(shì)施加到 N 溝道晶體管 Q1 的源極，由于 Q1 的柵極處于電池正極的電位，Q1 導(dǎo)通。此時(shí)，Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電池被連接到負(fù)載，而 Q2 和 Q3 則處于關(guān)斷狀態(tài)。
值得注意的是，該設(shè)計(jì)利用了 MOSFET 的內(nèi)部二極管，晶體管 Q1 - Q4 中的二極管互相連接，形成了全橋整流器。萬一 MOSFET 無法工作，二極管電橋仍然可以對(duì)輸入進(jìn)行整流，從而為負(fù)載提供正確極性的電力。

高電壓應(yīng)用電路改進(jìn)

圖 3 所示的電路適用電壓相對(duì)較低，不超過 N 溝道和 P 溝道 MOSFET 的最大允許柵源結(jié)，通常為 ±15 - 20V。對(duì)于需要更高電池電壓的應(yīng)用，需要對(duì)圖 3 中的電路進(jìn)行修改，以保護(hù) MOSFET 的柵源結(jié)，如圖 4 所示。
該電路中增加了齊納二極管 D5 - D8，用以保護(hù) MOSFET 的柵源結(jié)，電阻 R1 和 R2 起到限流作用。在大多數(shù)情況下，D5 - D8 的 V_{zener}（反向擊穿電壓）值應(yīng)該在 12 至 13V 之間，這足以打開 MOSFET，獲得其最小 R_{ds - on} 值。R1 和 R2 的值（R1 = R2 = R）可以按下式進(jìn)行計(jì)算：
R = (V_{batt}–R_{ds - on} ×I_{load}–V_{zener})/I_{zen}
其中，V_{batt} 是電池電壓，R_{ds - on} 是 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的漏源電阻，I_{load} 是負(fù)載電流，V_{zener} 是齊納二極管的反向擊穿電壓，而 I_{zen} 是齊納二極管的工作電流。
需要注意的是，這款 Maxim 的器件在 + 3V 電源下會(huì)帶來 11Ω（2×5.5Ω）的串聯(lián)電阻，而在 + 5V 電源下會(huì)帶來 8Ω（2×4Ω）的串聯(lián)電阻。