為了實現(xiàn)電流的雙向流動，通常采用背靠背串聯(lián)MOSFET的方式，形成一個雙向開關(guān)。本文將分析背靠背MOSFET的工作原理，并探討其在雙向電流控制中的應(yīng)用。
一、背靠背串聯(lián)MOSFET的雙向?qū)ㄔ?/span>
MOSFET本質(zhì)上是一個單向?qū)ǖ拈_關(guān)，源極與漏極之間的電流只能沿著“漏極 → 源極”方向流動，而體二極管則決定了其反向特性。為了實現(xiàn)雙向?qū)ê碗p向阻斷，需要采用兩個MOSFET背靠背串聯(lián)的方式來構(gòu)建一個完整的雙向開關(guān)。
背靠背串聯(lián)MOSFET的基本結(jié)構(gòu)如下：
其中，兩個MOSFET的漏極（Drain）或者源極（Source）相連，形成一個對稱的雙向開關(guān)結(jié)構(gòu)。根據(jù)連接方式，常見的背靠背MOSFET拓?fù)溆幸韵聝煞N形式：
共漏極（Common Drain）結(jié)構(gòu)：
源極分別連接到輸入和輸出端，漏極相互連接。
適用于高壓阻斷場景。
共源極（Common Source）結(jié)構(gòu)：
漏極分別連接到輸入和輸出端，源極相互連接。
適用于低壓高頻開關(guān)應(yīng)用。
雙向?qū)ǖ墓ぷ鳈C制
在雙向?qū)Ｊ较拢瑑蓚�MOSFET都需要導(dǎo)通，以允許電流在任意方向流動。設(shè)兩個MOSFET分別為 Q1 和 Q2，柵極控制信號為 G1 和 G2。當(dāng)兩個MOSFET的柵極同時施加足夠的驅(qū)動電壓（Vgs > Vth，通常10V以上），兩者均進入導(dǎo)通狀態(tài)，實現(xiàn)雙向?qū)щ姟?/span>
正向電流（從左到右）：MOSFET Q1 的漏極 → 源極導(dǎo)通，同時Q2 的體二極管也可導(dǎo)通，從而允許電流流動。
反向電流（從右到左）：MOSFET Q2 的漏極 → 源極導(dǎo)通，同時Q1 的體二極管導(dǎo)通，電流方向與正向相反。
雙向阻斷的工作機制
當(dāng)兩個MOSFET的柵極信號均為低電平（Vgs < Vth），MOSFET進入關(guān)斷狀態(tài)。由于兩個MOSFET的體二極管是相反方向的，任何方向的電流都無法導(dǎo)通，從而形成雙向阻斷狀態(tài)。
如此，關(guān)斷時可同時阻斷正反兩個方向的電壓，提高系統(tǒng)安全性。
二、背靠背MOSFET的典型應(yīng)用
2.1AC開關(guān)電路
在AC電源控制應(yīng)用中，由于電流是交流信號，需要能夠控制雙向電流的開關(guān)。因此，傳統(tǒng)的單向MOSFET無法直接用于AC開關(guān)，而背靠背串聯(lián)MOSFET則能夠有效實現(xiàn)AC電流的開關(guān)控制。例如：
固態(tài)繼電器（SSR）：利用背靠背MOSFET實現(xiàn)無觸點電子開關(guān)，提高開關(guān)壽命和可靠性。
交流電壓調(diào)節(jié)器：用于調(diào)節(jié)交流負(fù)載電壓，如LED驅(qū)動和智能電網(wǎng)系統(tǒng)。
2.2電池管理系統(tǒng)（BMS）
在電池保護電路中，電流可能會雙向流動。例如，在充電模式下，電流從充電器流入電池；而在放電模式下，電流從電池流向負(fù)載。
背靠背MOSFET用于充放電控制，可確保充放電路徑的完全隔離，避免反向充電導(dǎo)致的安全問題。
2.3 雙向DC-DC變換器
在新能源系統(tǒng)（如電動汽車、光伏儲能系統(tǒng)）中，雙向DC-DC變換器需要在充放電之間切換，而背靠背MOSFET可以有效控制雙向能量流動，提高系統(tǒng)能效。例如：
電動汽車充放電：車輛在充電時，電流流向電池；而在V2G（Vehicle-to-Grid）模式下，電池電流需要反向流回電網(wǎng)，背靠背MOSFET可實現(xiàn)高效的雙向轉(zhuǎn)換。
背靠背串聯(lián)MOSFET是一種高效的雙向開關(guān)方案，廣泛應(yīng)用于AC控制、電池管理、雙向DC-DC變換器等領(lǐng)域。其基本原理是利用兩個MOSFET的對稱結(jié)構(gòu)，使其能夠在雙向?qū)〞r降低損耗，并在關(guān)斷時完全阻斷電流，從而實現(xiàn)高效、安全的雙向控制。 |
