處理電源電壓反轉有幾種眾所周知的方法。最明顯的方法是在電源和負載之間連接一個二極管，但是由于二極管正向電壓的原因，這種做法會產生額外的功耗。雖然該方法很簡潔，但是二極管在便攜式或備份應用中是不起作用的，因為電池在充電時必須吸收電流，而在不充電時則須供應電流。
另一種方法是使用圖 1 所示的 MOSFET 電路之一。
當電池接入時，電池充電器處于閑置狀態，負載和電池充電器與反向電池安全去耦。然而，如果充電器變至運行狀態 (例如：附聯了輸入電源連接器)，則充電器在 NMOS 的柵極和源極之間產生一個電壓，這增強了 NMOS，從而實現電流傳導。這一點在圖 3 中更形象。
負載和充電器雖與反向電壓隔離，但是起保護作用的 MOSFET 現在面臨的一大問題是功耗過高。在這種情況下，電池充電器變成了一個電池放電器。當電池充電器為 MOSFET 提供了足夠的柵極支持以吸收由充電器輸送的電流時，該電路將達到平衡。例如，如果一個強大 MOSFET 的 VTH 約為 2V，而且充電器能夠在 2V 電壓下提供電流，則電池充電器輸出電壓將穩定在 2V (MOSFET 的漏極處在 2V + 電池電壓)。MOSFET 中的功耗為 ICHARGE ? (VTH + VBAT)，因而使 MOSFET 升溫發熱，直到產生的熱量散逸離開印刷電路板。該電路的 PMOS 版本也是一樣。
下面將介紹該方法的兩種替代方案，這些替代方案各有優缺點。
N 溝道 MOSFET 設計
第一種方案采用一個 NMOS 隔離器件，如圖 4 所示。
該電路的算法是：如果電池電壓超過了電池充電器輸出電壓，則必須停用隔離 MOSFET。
如同上述的 NMOS 方法一樣，在該電路中，MN1 連接在介于充電器/負載和電池端子之間接線的低壓側。然而，晶體管 MP1 和 Q1 現在提供了一個檢測電路，該電路在電池反接的情況下將停用 MN1。反接電池將 MP1 的源極升舉至高于其連接至充電器正端子的柵極。接著，MP1 的漏極通過 R1 將電流輸送至 Q1 的基極。然后，Q1 將 MN1 的柵極分流至地，防止充電電流在 MN1 中流動。R1 負責控制在反向檢測期間流到 Q1 的基極電流，而 R2 則在正常操作中為 Q1 的基極提供泄放。R3 賦予了 Q1 將 MN1 的柵極拉至地電位的權限。R3/R4 分壓器限制 MN1 柵極上的電壓，這樣柵極電壓在反向電池熱插拔期間不必下降那么多。最壞情況是電池充電器已經處于運行狀態、產生其恒定電壓電平，附聯了一個反接電池時。在這種情況下，必需盡可能快地關斷 MN1，以限制消耗高功率的時間。該電路帶有 R3 和 R4 的這一特殊版本最適合 12V 鉛酸電池應用，但是在單節和兩節鋰離子電池產品等較低電壓應用中，可以免除 R4。電容器 C1 提供了一個超快速充電泵，以在反向電池附聯期間下拉 MN1 的柵極電平。對于最差情形 (附聯一個反向電池時充電器已使能的狀況再次出現)，C1 非常有用。
該電路的缺點是需要額外的組件，R3/R4 分壓器在電池上產生了一個雖然很小、但卻是持續的負載。
此類組件大多是纖巧的。MP1 和 Q1 不是功率器件，而且通常可采用 SOT23-3、SC70-3 或更小的封裝。MN1 應具有非常優良的導電性，因為它是傳輸器件，但是尺寸不必很大。由于它在深三極管區工作，并且得到了大幅的柵極強化，因此其功耗即使對于導電性中等的器件來說也很低。例如，100m? 以下的晶體管也經常采用 SOT23-3 封裝。
為了實現該條件，電池接入時充電器必須已經處于運行狀態。如果電池在充電器使能之前接入，則 MP1 的柵極電壓完全由電池上拉，因而停用 MP1。當充電器接通時，它產生一個受控的電流 (而不是高電流沖擊)，這降低了 MP1 接通、MP2 關斷的可能性。
另一方面，如果充電器在電池附聯之前啟用，則 MP1 的柵極只需簡單地跟隨電池充電器輸出，因為它是由泄放電阻器 R2 上拉的。未接入電池時，MP1 根本沒有接通和使 MP2 脫離運行狀態的傾向。
當充電器已經啟動并運行、而電池附聯在后時，就會出現問題。在這種情況下，在充電器輸出和電池端子之間存在瞬間差異，這將促使 MP1 使 MP2 脫離運行狀態，因為電池電壓強制充電器電容進行吸收。這使 MP2 從充電器電容器吸取電荷的能力與 MP1 使 MP2 脫離運行狀態的能力之間形成了競爭。
該電路也用一個鉛酸電池和 LTC4015 電池充電器進行了測試。將一個承受重負載的 6V 電源作為電池模擬器連接至一個已經使能的電池充電器絕對不會觸發“斷開連接”狀態。所做的測試并不全面，應在關鍵應用中更加全面徹底地進行測試。即使電路確已鎖定，停用電池充電器并重新啟用它仍將始終導致重新連接。
故障狀態可通過人為操控電路 (在 R1 的頂端和電池充電器輸出之間建立臨時連接) 進行演示。然而，普遍認為該電路更傾向于連接。如果連接失敗確實成為一個問題，那么可以設計一款利用多個器件停用電池充電器的電路。圖 12 給出了一個更加完整的電路例子。
圖 10 示出了充電器被停用的 PMOS 保護電路的效果。
請注意，不論什么情況，電池充電器和負載電壓都不會出現負電壓傳送。
圖 11 示出了該電路處于“當反接電池進行熱插拔時充電器已進入運行狀態”這種不利情況下。
與 NMOS 電路的效果相差無幾，在斷開電路連接使傳輸晶體管 MP2 脫離運行狀態之前，反向電池略微下拉充電器和負載電壓。
在電路的這個版本中，晶體管 MP2 必須能夠經受兩倍于電池電壓的 VDS (一個用于充電器，一個用于反接電池) 和等于電池電壓的 VGS。另一方面，MP1 必須能夠經受等于電池電壓的 VDS和兩倍于電池電壓的 VGS。這項要求令人遺憾，因為對于 MOSFET 晶體管來說，額定 VDS始終超過額定 VGS。可以找到具有 30V VGS 容限和 40V VDS 容限的晶體管，適合鉛酸電池應用。為了支持電壓較高的電池，必須增添齊納二極管和限流電阻器來修改電路。
圖 12 示出了一個能夠處理兩個串聯堆疊鉛酸電池的電路實例。
D1、D3 和 R3 保護 MP2 和 MP3 的柵極免受高電壓的損壞。當一個反接電池進行熱插拔時，D2 可防止 MP3 的柵極以及電池充電器輸出快速移動至地電位以下。當電路具有反接電池或處于錯誤斷開連接閉鎖狀態時，MP1 和 R1 可檢測出來，并利用缺失的 LTC4015 的 RT 特性來停用電池充電器。
結論
可以開發一種面向基于電池充電器應用的反向電壓保護電路。人們開發了一些電路并進行了簡略的測試，測試結果令人鼓舞。對于反向電池問題并不存在什么高招，不過，希望本文介紹的方法能夠提供充分的啟示，即存在一種簡單、低成本的解決方案。
