文章概述
本文中，DigiKey详细介绍了电流防倒灌电路的重要性及其多种实现方案。文章首先解释了电流倒灌的概念及其在不同电路场景中的出现原因，随后分享了三种防倒灌方案及其优缺点。文章最后探讨了多种供电方式同时接入时的防倒灌策略，并通过实际电路板演示验证了防倒灌效果。
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。
1. 电流倒灌：概念与危害
电流倒灌是指电流从负载或次级电路反向流入电源、初级电路或其他不应受电的部分。这种现象在许多电路中都可能出现，例如：
电池充电：充电完成后，电池可能会向充电器反向放电。
主电源与备用电池：当主电源断电或电压低于电池电压时，电池电流可能反向流入主电源电路。
感性负载：电机、电感等感性负载在断电瞬间会产生反向电动势，形成反向电流。
电流倒灌可能导致设备损坏、火灾或触电风险，因此电路保护措施至关重要。
2. 防倒灌方案：三种主流实现
根据电路中的电流大小、效率和成本等因素，我们分享三种防倒灌方案：
2.1 二极管方案：简单高效
原理：利用二极管的单向导通特性，防止电流反向流动。
电路设计：电源适配器5V输入经过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，通过防反接二极管到达10uF滤波电容C6，为后端负载供电。当负载端产生电流时，二极管截止，防止反向电流。
优点：电路简单，性价比高。
缺点：二极管压降较大，电流大时发热增加，可能导致产品温升不稳定。
2.2 MOS管方案：低损耗
原理：通过控制MOS管的导通状态，阻断反向电流。
电路设计：TYPE-C 5V输入经过P-MOS管AO3401A，A点为0V时，通过电阻R2（1kΩ）接到Q1的栅极，同时通过电阻R1（10kΩ）拉到GND，确保Q1在0V时稳定导通。电流流过Q1到达10uF滤波电容C6，为后端负载供电。当负载端产生电流时，Q1截止，无电流流过。
优点：压降低，内阻低，发热小，性价比高。
缺点：外围电路比二极管方案复杂。
2.3 理想二极管方案：高性能
原理：使用理想二极管（如LM66100DCK）控制电流方向，防止反向电流。
电路设计：电池电源4.2V连接到理想二极管LM66100DCK的输入引脚，VOUT输出受控于CE使能引脚。CE引脚通过1kΩ电阻R4连接到VOUT端C点，稳压二极管D2保护CE引脚。当CE引脚电压高于输入电压时，内部PMOS截止，关闭输出；当CE引脚电压较低时，内部PMOS导通输出。
优点：保护全面，压降低，内阻低，发热小。
缺点：价格稍贵。
3. 多电源接入时的防倒灌策略
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：
优先级顺序：电源适配器 > TYPE-C > 电池。
工作原理：
电源适配器供电：A点电位4.7V，通过电阻R2拉高Q1的Vgs电压，PMOS截止，TYPE-C输出断开。C点电位4.7V，LM66100DCK内部PMOS截止，电池不输出。
TYPE-C供电：A点电位0V，通过电阻R2拉低Q1的Vgs电压，PMOS导通，TYPE-C输出5V。C点电位5V，LM66100DCK内部PMOS截止，电池不输出。
电池供电：A点和C点电位均为0V，LM66100DCK内部PMOS导通，电池为负载供电。
4. 实验演示
我们已将上述原理图制作成电路板，并进行了防倒灌效果测试，一起来看下防倒灌的工作情况吧。
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。
文章来源：DigiKey