為了實(shí)現(xiàn)電流的雙向流動(dòng)，通常采用背靠背串聯(lián)MOSFET的方式，形成一個(gè)雙向開(kāi)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(gè)單向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)，源極與漏極之間的電流只能沿著“漏極 → 源極”方向流動(dòng)，而體二極管則決定了其反向特性。為了實(shí)現(xiàn)雙向?qū)ê碗p向阻斷，需要采用兩個(gè)MOSFET背靠背串聯(lián)的方式來(lái)構(gòu)建一個(gè)完整的雙向開(kāi)關(guān)。
背靠背串聯(lián)MOSFET的基本結(jié)構(gòu)如下：
其中，兩個(gè)MOSFET的漏極（Drain）或者源極（Source）相連，形成一個(gè)對(duì)稱的雙向開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。根據(jù)連接方式，常見(jiàn)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(chǎng)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(kāi)關(guān)應(yīng)用。
雙向?qū)ǖ墓ぷ鳈C(jī)制
在雙向?qū)Ｊ较�，兩個(gè)MOSFET都需要導(dǎo)通，以允許電流在任意方向流動(dòng)。設(shè)兩個(gè)MOSFET分別為 Q1 和 Q2，柵極控制信號(hào)為 G1 和 G2。當(dāng)兩個(gè)MOSFET的柵極同時(shí)施加足夠的驅(qū)動(dòng)電壓（Vgs > Vth，通常10V以上），兩者均進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)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(shí)Q2 的體二極管也可導(dǎo)通，從而允許電流流動(dòng)。
反向電流（從右到左）：MOSFET Q2 的漏極 → 源極導(dǎo)通，同時(shí)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(jī)制
當(dāng)兩個(gè)MOSFET的柵極信號(hào)均為低電平（Vgs < Vth），MOSFET進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。由于兩個(gè)MOSFET的體二極管是相反方向的，任何方向的電流都無(wú)法導(dǎo)通，從而形成雙向阻斷狀態(tài)。
如此，關(guān)斷時(shí)可同時(shí)阻斷正反兩個(gè)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(kāi)關(guān)電路
在AC電源控制應(yīng)用中，由于電流是交流信號(hào)，需要能夠控制雙向電流的開(kāi)關(guān)。因此，傳統(tǒng)的單向MOSFET無(wú)法直接用于AC開(kāi)關(guān)，而背靠背串聯(lián)MOSFET則能夠有效實(shí)現(xiàn)AC電流的開(kāi)關(guān)控制。例如：
固態(tài)繼電器（SSR）：利用背靠背MOSFET實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，提高開(kāi)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(dòng)和智能電網(wǎng)系統(tǒng)。
2.2電池管理系統(tǒng)（BMS）
在電池保護(hù)電路中，電流可能會(huì)雙向流動(dòng)。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(wèn)題。
2.3 雙向DC-DC變換器
在新能源系統(tǒng)（如電動(dòng)汽車、光伏儲(chǔ)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(dòng)，提高系統(tǒng)能效。例如：
電動(dòng)汽車充放電：車輛在充電時(shí)，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(shí)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(kāi)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(gè)MOSFET的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使其能夠在雙向?qū)〞r(shí)降低損耗，并在關(guān)斷時(shí)完全阻斷電流，從而實(shí)現(xiàn)高效、安全的雙向控制。 |
