在電子設備的使用過程中，電池的正確連接至關重要，一旦電池反接，可能會對設備造成不可逆的損害。早前發(fā)布的設計實例 “Circuit provides reverse - battery protection【1】” 中介紹了一種極性保護電路，它能夠?qū)㈦姵卣_連接到負載，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、低壓、雙 SPDT CMOS 模擬開關 IC MAX4636 進行設計。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荷不超過 30mA 的產(chǎn)品。
幸運的是，隨著 MOSFET 技術取得重大進步，這些局限如今能夠被克服。接下來，我們詳細介紹幾種利用 MOSFET 實現(xiàn)電池反接保護的電路。

P 溝道 MOSFET 反極性保護電路

圖 1 展示了使用 P 溝道 MOSFET 晶體管對負載進行反極性電池保護的方法。通常情況下，要使 P 溝道 MOSFET 導通，需要向其柵源控制結(jié)施加合適的電壓，即柵極端為負電位，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：
當電源加到 A 和 B 端子（A 為正，B 為負）時，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 導通。此時，MOSFET 的小電阻會充當二極管 D1 的旁路，將電流輸送到負載。
當電池反向連接，即 A 為負，B 為正時，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，負載無電流通過。
換句話說，這個電路中的 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 反極性保護電路

N 溝道 MOSFET 也可以以類似的方式用于保護負載免受反向電池的損壞，如圖 2 所示。
當 A 端為正、B 端為負時，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 導通。MOSFET 的小電阻會為 D1 二極管分流，將電流送到負載。
當向 A 和 B 端子反向供電（A 為負，B 為正）時，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，負載沒有電流。

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

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載供電。
當電池按圖 3 所示方向安裝時，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 的柵極處于電池負極的電位，從而使 Q2 導通。電池的負極通過 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 也會導通。此時，Q2 和 Q3 處于放大狀態(tài)，將電池的電壓傳送到負載，而 Q1 和 Q4 則保持斷開。
當電池安裝方向相反時，正電勢通過 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 導通。Q1 的內(nèi)部二極管 D1 受到正向偏置，將來自電池負極的電勢施加到 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 導通。此時，Q1 和 Q4 導通，電池被連接到負載，而 Q2 和 Q3 則處于關斷狀態(tài)。
值得注意的是，該設計利用了 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輸入進行整流，從而為負載提供正確極性的電力。

高電壓應用電路改進

圖 3 所示的電路適用電壓相對較低，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。對于需要更高電池電壓的應用，需要對圖 3 中的電路進行修改，以保護 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 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）可以按下式進行計算：
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 導通時的漏源電阻，I_{load} 是負載電流，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 電源下會帶來 11Ω（2×5.5Ω）的串聯(lián)電阻，而在 + 5V 電源下會帶來 8Ω（2×4Ω）的串聯(lián)電阻。