¿Cómo funciona este circuito de polaridad inversa?

Esta es una vista simplificada del problema:

En operación normal (Vin es positivo y Vout ha alcanzado su valor objetivo), la corriente (alta) fluye a través de los canales de Q2 y Q1. No fluye corriente a través del diodo del cuerpo de Q2, en operación normal (fluye, durante el arranque, como dice The Photon). El motivo para tener dos MOSFET (en lugar de un MOSFET (Q1) y un diodo Schottky (en lugar de Q2)) es exactamente este. Para evitar la caída de voltaje que de lo contrario tendríamos en ese diodo Schottky.

¿Por qué la corriente fluye a través de ambos canales, en operación normal? Porque ambos están encendidos. El LT4356 utiliza una bomba de carga interna para generar un voltaje Vg mayor que Vgs_th para esos MOSFET (que es de 2.5 V máx.). Imagine Vg es alrededor de 10 V (en realidad, entre 4.5 V y 14 V). Vg1 es 10 V por encima de Vout. Por lo tanto, Vgs (Q1) = 10 V > 2.5 V = Vgs_th, y Q1 está activado.

Q3 está activado solo para voltajes negativos por debajo de -1.4 V. Por lo tanto, en operación normal, Q3 está apagado. No fluye corriente a través de la resistencia de 1 Mohm, y Q2 ve exactamente la misma Vg que Q1. Entonces, Vg1 = Vg2. ¿Qué tal Vgs para Q2? ¿Cuánto cuesta? Bueno, si Vout está (por ejemplo) diseñado para ser +12 V, y Vg está 10 V por encima de él, entonces Vg1 = Vg2 = 22 V. Q2 está activado si su Vgs es superior a 2.5 V. Para Q2 no para estar encendido, Vin debe ser más alto que Vg2-Vgs_th = 22-2.5 = 19.5 V (!), lo que nunca sucederá, en condiciones normales. En condiciones normales, Vin estará solo ligeramente por encima de Vout. Por lo tanto, Q2 está encendido en funcionamiento normal y su diodo de cuerpo está en cortocircuito, lo que contribuye a una caída de voltaje cero (lo que fue la razón para poner allí un segundo MOSFET).

Cuando Vin está invertido , y por debajo de -1.4 V, Q3 está activado, lo que hace que Vgs (Q2) = 0, y no hay forma de que Q2 pueda conducir. Además, su diodo corporal estará invertido, por lo que tampoco conducirá. Dado que Q2 está en serie con Q1, no importa lo que haga Q1, porque ninguna corriente fluirá a través de ninguno de ellos, y la carga será segura.

Más : la razón de esta complejidad es que un MOSFET de silicio es un dispositivo que puede transmitir corriente en ambas direcciones, pero que puede bloquearse solo en una dirección (debido al ineludible diodo corporal). Si ese diodo del cuerpo no estuviera allí, un MOSFET sería un interruptor ideal (capaz de transportar y bloquear en ambas direcciones), y un solo MOSFET sería suficiente. Dado que el diodo está allí, la única manera de construir un interruptor de bloqueo bidireccional bidireccional con ellos es colocando dos de ellos en anti-series. Con sus puertas unidas y también a) (idealmente) sus fuentes unidas, o b) sus desagües unidos (como es el caso, aquí).

Los MOSFET de GaAs no tienen el diodo del cuerpo, y por lo tanto, un solo dispositivo funciona como un interruptor ideal.

Esto está diseñado para caídas ultra bajas, limitación de la corriente protegida contra sobretensiones en el volcado de carga y tensión ajustada con apagado y advertencia de reciclado automático.

Entonces, GATE es un colector abierto NPN (con bomba de carga interna de V +) Pin 4 a través de 10KΩ para encender Q1 y luego Q2 a través de 1MΩ para encender más lento.

Q1 y Q2 están apagados en Vgs = 0 y tienen un umbral de 1 ~ 2.5V donde comienzan a encenderse y completamente a 12V

Q3 sirve como protección para Q2 (oops mi vecino invirtió los cables de puente) por lo que cuando Vbat es negativo Q3 y R7 se encienden para apagarse Q2 (abierto) .. si el D3 opcional está en cortocircuito, hay un drenaje de espera de 1mA hasta D1, que protege Q3 y R7. Por lo tanto, con el D3 opcional, tiene polarización inversa, Q3 está desactivado y Q2 y Q1 están controlados por GATE en el dispositivo de supresor de sobretensiones activo.

Bastante complicado ... El diseño barato es un diodo Schottky de 10A / 60V que baja 0.3V a 3A y luego desciende a 12V con una pinza LDO estándar ... Solo necesita estos interruptores ultra bajos para lámparas lineales y cosas que son Muy sensible al voltaje en el brillo. Si diseñas un puerto protegido de 12.0V ... no necesitas todo esto.

Lo que no se muestra en su diagrama es el diodo del cuerpo del FET en Q2. Aquí está el diagrama "completo" de Q2, según su hoja de datos:

Para que el circuito comience, el diodo entre el drenaje y la fuente transportará la corriente desde el VIN al circuito regulador principal. Como Telaclavo señala en otra respuesta, después de que el regulador haya comenzado a funcionar, utilizará una bomba de carga para desviar la compuerta del Q2 por encima del VIN, activándolo y reduciendo la caída de voltaje en el Q2.

En una situación de polaridad inversa (VIN = -12 V), Q3 se encenderá y tirará de la compuerta de Q2 a un nivel bajo, apagándola e impidiendo que la corriente salga del resto del circuito.

Es una especie de circuito de protección de polaridad inversa estándar (por supuesto, tiene un controlador de lado alto disponible). Un diodo de serie simple se reemplaza con el diodo del cuerpo de mosfet, y este normalmente está encendido para minimizar la caída de voltaje. Por ejemplo, se encuentra (con pequeñas variaciones) en bq40z60EVM de TI.

Me parece que D1 es completamente redundante, R7 protege la unión de la base del emisor de una corriente inversa excesiva. Mi diseño funciona bien sin él, corríjame si me falta algo.