防反接電路的用處很容易理解，實現也相對簡單，但是防倒灌電路則可能到用到的時候才會發現有點復雜。比方說，一個東西既支持用PD 供電輸入20V，又可以直接DC 輸入24V，USB 5V 供電時也能亮，還允許插著DC 供電的同時插著USB 線連接上位機，并且傳輸數據的USB 接口和PD 供電接口是同一個，這時問題就出現了，DC 24V 可能會通過USB 的VBUS 直沖上位機。
最萬無一失、最豪華的方案可能是給VBUS 上串一個隔離變壓器，先逆變再變回DC，這樣一來有變壓器擋著，后級電壓絕對跑不到上位機去。說不定有些地方就是這么做的，只不過太豪華了。最貧窮的就是直接串個二極管，和最簡單的防反接電路一樣，但是當VBUS 需要在PD 模式下承擔功率時問題就復雜了，二極管的功耗不可接受。一種方案是所謂的理想二極管，就是功能和二極管一樣，可以反向截止，實現防反接和防倒灌保護，又沒有二極管的正向壓降。只不過專用的理想二極管芯片太貴了，趕得上一片STM32，規格也太高，車規、上百伏電壓什么的。
Reverse Current Protection Using MOSFET and Comparator to Minimize Power Dissipation
使用MOSFET 和比較器實現反向電流保護，從而減小功耗。
反向電流的定義
反向電流是指負載端試圖將電流倒灌回電源。這種現象可能在電源電壓突然降低或者完全消失的時候發生，以及當電源連接時，負載端的退耦、旁路電容或者電池也可能使電流倒灌。此外，負載端電壓可能超過電源端，這也會導致反向電流，比如存在感性負載導致的反向電壓，或者由失效的電池充電電路外泄的電壓。
注：當然也可能出現在并聯多個電源的時候，一個電源往另一個電源嘴里塞
基于比較器的反向電流保護
如圖1 所示，一個比較器輸入端跨接在MOSFET 兩端，從而檢測電路中電流的方向：
注：這里NMOS 的用法和防反接電路里的PMOS 類似，都是讓體二極管方向和電流方向相同。用前面的電荷泵實現NMOS 高邊驅動
在正常的正向電流情況下，由于MOS 管的導通電阻R d s ( o n ) R_{ds(on)}R
ds(on)
，MOS 管的源極到漏極會存在一個輕微的壓降，使漏極電壓低于源極。比較器檢測的就是這個壓降。當電流反向，漏極的電壓將會高于源極，比較器檢測到這種情況，然后輸出低電平，使MOS 管關斷，從而斷開負載。
注：MOS 管具有雙向導電性，已經開啟的MOS 管上電流可以雙向流動，和BJT 三極管不同。
MOS 管導通時兩端能產生的壓降不過數十毫伏，共地連接的比較器需要精心設計輸入電壓偏置電路，使共模輸入電壓保持在比較器的工作參數范圍內。這個附加的偏置電路也會增加噪聲和漂移，影響對小信號的檢測。
為了消除偏置電路引入的噪聲和漂移，同時還能提供足夠的電流用來驅動MOS 管，比較器的公共端（接地端）懸空連接到電源電壓（V B A T T V_{BATT}V
BATT
），于是輸入端和輸出端都能直接連接到MOS 管上。
注：接地端接到電源電壓，運放的共模輸入電壓以電源正端為參考，等于給輸入加了一個負的偏置
此時要讓比較器能工作，需要給它提供高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的供電電壓。比較器的供電電壓（電源正端到接地端的壓差）不能太低，否則無法驅動MOS 管使其完全導通，但是也不能高于MOS 管的柵極最高電壓V G S ( m a x ) V_{GS(max)}V
GS(max)
。對于大部分MOS 管，5V 是個不錯的柵極驅動電壓。
要生成這個高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的電壓用來驅動比較器和MOS 管，這里使用了一個電荷泵。給電荷泵電路輸入一個方波信號就能輸出高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的DC 電壓。由于電荷泵的輸入是一個電容，也就是交流耦合的，所以允許使用一個基于地電平的振蕩器作為信號源。完整電路如下圖：
注：左邊555 輸出方波，加上D2、C2、D3、C3 就組成所謂的迪克森電荷泵。R2 和C4 是RC 濾波，Z1 用來給運放穩壓
比較器放在MOS 管旁邊檢測V D S V_{DS}V
DS
電壓。為了最小化V B A T T V_{BATT}V
BATT
線上的噪聲或瞬態影響，比較器電路懸空放在V B A T T V_{BATT}V
BATT
上。這消除了共模抑制的問題，也不再需要一個會造成信號減速和衰減的輸入偏置電路。
注：原文這里寫了一大段介紹電荷泵的原理，簡直和寫論文水字數一樣~ 就不翻譯了，想知道的可以去搜個視頻講解看看，絕對比干看文字舒服
比較器反相輸入端的二極管D4A，D4B（BAT54A 是雙肖特基二極管） 和電阻R5 用來將反相輸入電壓鉗位到V B A T T ± 300 V_{BATT} \pm 300V
BATT
±300 mV。如果反相輸入端被拉低到小于V B A T T V_{BATT}V
BATT
時就需要鉗位，比如當上電時，MOS管通過體二極管導通。這個鉗位電路也會在負載端產生高于V B A T T V_{BATT}V
BATT
的反向電壓時起到保護作用。
R6 是下拉電阻（或者說是柵極放電電阻），用來在比較器未工作時保證MOS 管不導通。
R3 和R H Y S T R_{HYST}R
HYST
為比較器提供可選的遲滯，如果在無負載或小負載時有噪聲或振蕩，遲滯能保證穩定。遲滯的數值要在穩定性和最小的導致比較器觸發的反向電流這兩方面做出取舍，遲滯越大，反向電流的最小觸發值就越大。關于遲滯特性的信息，可以參考原文第7 段 - 參考文獻。
旁路電容C5 是必要的，因為電荷泵需要一個對地交流阻抗較低的通路才能正常工作。如果沒有C5，電荷泵的峰值電流可能從MOS 管的檢測部分流過，導致比較器被錯誤觸發，尤其是當MOS 管處于反向電流保護狀態或體二極管狀態。
注：可能是指會有電流從電荷泵經過MOS 管的體二極管流過，導致漏極比源極電壓低，比較器就會使MOS 管導通
元件選取
MOSFET
MOS 管的導通電阻R D S ( o n ) R_{DS(on)}R
DS(on)
對電路的性能有最大的影響，導通電阻越低，觸發保護所需的反向電流就越大。這是因為導通電阻越低，MOS 管上的壓降就越低，因而需要更大的反向電流才能達到比較器的觸發電壓。
注：意思就是觸發保護之前可能出現較大的瞬間反向電流，如果電源端有TVS 以及別的鉗位保護，或者輸出電容夠大、ESR 夠低，那么只要反向電流持續時間足夠短應該就沒事，也就是要比較器動作快。以及導通電阻非常低這個優點此時變成了缺點，那么天生導通電阻比較大的PMOS 其實更適合用在這里
必須要指出的是，MOS 管的導通電阻具有正溫度系數，也就是導通電阻隨溫度增加而增加。這就導致當溫度上升時，反向電流閾值會下降，反之則上升。所以必須在低溫時測試最大觸發電流。
注：所謂的worst case 是在低溫時，溫度上升后這個電路的表現會提升
如果一個MOS 管的導通電阻是20mΩ，1A 的反向電流就會在MOS 管漏極和源極之間產生20mV 壓降。這時的柵源電壓V G S ( o n ) V_{GS(on)}V
GS(on)
就被叫做“感應”電壓。
注：原文 This VGS(ON) voltage will be referred to as the “sense” voltage，沒看懂
對于上圖的電路，MOS 管選擇了Nexperia 的BUK9K17-60，在V G S V_{GS}V
GS
約4V 時它的導通電阻約20mΩ，V D S ( m a x ) V_{DS(max)}V
DS(max)
為60V，封裝是SO-8，方便用在面包板上。
比較器
運放的輸入失調電壓可被視為和輸入的檢測電壓串聯，取決于失調電壓的極性，它可能提高或者降低實際輸入的檢測電壓，從而成為影響閾值電壓的最重要因素之一。微小的檢測電壓必須克服失調電壓后才能到達到比較器的閾值。比較器的數據手冊中，失調電壓的規格是不分極性的絕對值（±1mV），所以在計算誤差范圍時，必須綜合考慮失調電壓的兩種極性。
MOS 管的柵極電容較大，通常約1nF，所以為了避免遲緩的開關時間，采用推挽輸出的比較器更合適。為了實現盡量快的響應時間，比較器必須盡可能快的關閉MOS 管，更強的電流輸出能力允許比較器更快的開關MOS 管。
Suitable devices are the TLC3701, TLV3201, TLV7011, LMV761 and LMV7239 comparator families.
其他元件
R2 電阻的取值要考慮到對比較器啟動時間的不利影響，因為冷啟動上電后，比較器的旁路電容C3 要經過R2 充電。C4 電容的容量越大，比較器電路的啟動時間也越長，在這段時間內，MOS 管處于體二極管正偏導通狀態。然而，如果V B A T T V_{BATT}V
BATT
電壓被中斷或者瞬間降低，較大的C4 容量可以提供更長的“保持時間”，讓電路仍能發揮保護效力。
仿真
注：測試電路是讓V B A T T V_{BATT}V
BATT
極性周期變化，看比較器電路能不能截斷負載端的負半周電流，就像二極管那樣。第一條線I l o a d I_{load}I
load
是負載端電流，第二條是V B A T T V_{BATT}V
BATT
，第三條是比較器的輸出電壓V c o m p o u t V_{compout}V
compout
。比較器輸出高電平時MOS 管導通
如上圖4 所示，當I l o a d I_{load}I
load
電流過零，向負方向移動時，比較器的輸出變為低電平關斷了MOS 管，隔離了負載，將負載端電流變為零。
上圖5 展示了電流負半周和比較器輸出狀態的放大視角，可以看出反向電流觸發點的位置。
注：圖里可以看出電流是先反向走了一會然后比較器才觸發，所以上半部分的I l o a d I_{load}I
load
曲線有一個負尖峰，但是后面電流上升的時候比較器動作幾乎沒有延遲
反向電流的檢測用了更長的時間，因而圖中的電流曲線出現了“下沖”，這是因為這時MOS 管正處于導通狀態，導通電阻很小，所以MOS 管上的壓降很小。電流上升時則相反，此時MOS 管不導通，兩端的壓降是體二極管的0.8V 正向壓降。如果反向電流的下沖是不可接受的，或許有必要給MOS 管串聯一個電阻，從而增加壓降。
對反向電流的響應時間取決于四個參數：
MOS 管的導通電阻R D S ( o n ) R_{DS(on)}R
DS(on)
；
比較器的失調電壓；
比較器的傳播延遲；
電流曲線的上升/下降時間；
比較器的遲滯；
第1、2和第5 個參數在DC 環境有最大的影響，會延長轉變時間。考慮到不同MOS 管的參數差異以及不同負載下的變化，導通電阻可能造成最大的影響。
當電流的邊緣上升/下降率和比較器的響應時間接近時，第3 和第4 個參數會決定觸發電流的最小值。因為比較器的響應時間基本固定，所以電流邊緣更加陡峭時，反向電流的最大值會上升。可以使用速度更快的的比較器，但是電路的響應時間還取決于比較器驅動MOS 管的速度，MOS 管柵極電容充放電的過程也會造成延遲。
注：意思就是如果電流曲線非常陡峭，那么到比較器準備關斷MOS 管時，電流已經遠遠超過了觸發點
添加遲滯可以最小化電流接近閾值時的振蕩，但是也會對觸發點造成很大影響。
測試結果
注：這部分是實際電路的測試結果，同樣挑重點
負載電流驗證
注：測試原理和仿真的相同，左半邊是保護關閉的情況，右邊圖里最上邊是被保護電路砍掉負半周的負載電流。藍線和綠線之間是比較器的供電電壓，基本不隨V B A T T V_{BATT}V
BATT
的起伏變化
左圖中頂部青色電流曲線清楚的顯示了負載電流變化的過程：下降到-2A，過零，然后上升到+2A。綠色曲線是V B A T T V_{BATT}V
BATT
電壓，在11V 到13V 之間變化。藍色線是比較器由電荷泵產生的供電電壓，由穩壓管控制在V B A T T V_{BATT}V
BATT
+ 5V。藍色線是比較器驅動MOS 管的輸出電壓，輸出低電平時，實際電壓等于V B A T T V_{BATT}V
BATT
，高電平則等于供電電壓。當電流反向時比較器輸出低電平，電流正向時為高電平。
電路的運作
保護電路啟用后，由上面的圖7 可見，當負載電流過零轉入負半周時，比較器輸出低電平，導致負載電流負半周被截斷，當負載電流過零上升時，比較器輸出高電平。當反向電流接近觸發點時，比較器的輸出存在輕微的振蕩。
上圖8（左邊）展示了反向電流（青色）的下沖區和比較器的輸出狀態（玫紅），當反向電流接近-150mA 時，比較器的輸出發生了振蕩（左邊下降沿），當反向電流達到-300mA 時，比較器被完全觸發。在電流的負半周，MOS 管保持關斷狀態，因為比較器輸出低電平，MOS 管柵源電壓V G S V_{GS}V
GS
= 0V。
在比較器應用中，當輸入信號（差模電壓）接近零，并且處于轉變的邊緣時，這種振蕩是常見的，此時比較器是被噪聲觸發。后文會討論如何減少振蕩。
當電流過零上升時，比較器輸出高電平，驅動MOS 管開啟，接通負載。在沒有導通時，MOS 管兩端的電壓是最大的，由于正向偏置的體二極管在MOS 管兩端制造的大約700mV 的電壓，正向開啟的速度更快，觸發的一致性也更好。
上文已經提到過，反向電流下沖的量主要取決于MOS 管的導通電阻，比較器的失調電壓以及附加的遲滯。
應用遲滯
要減少比較器的輸出振蕩，可以給電路添加遲滯。然而，遲滯會提高觸發點（絕對值），從而降低靈敏度并提高反向電流的觸發點。
上圖9（右邊）展示了添加1MΩ 遲滯電阻（R H Y S T R_{HYST}R
HYST
）降低振蕩的效果。可看出，反向電流的觸發點移動到了大約-500mA，因為比較器需要更高的輸入電壓以克服遲滯效應增加的閾值。
注：不過也可以看出，下降沿的振蕩確實沒了
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