锂电池保护电路 - 为什么有两个 MOSFET 串联,反接?

电器工程 场效应管 电池充电 锂离子 保护
2022-01-20 07:23:51

我正在研究手机锂离子电池中常用的电池保护芯片和参考电路(下图),被负极EB-上的两个串联MOSFET弄糊涂了。

根据这个问题,我现在了解到 MOSFET 可以在 SD 或 DS 的任一方向上传导。

我的问题是: 1. 为什么这个电路中有两个 MOSFET?为什么不只有一个?2. 如果两个方向都导通,为什么 FET1 和 FET2 安装的极性相反?这对电路有什么好处?

S-8261 参考电路

3个回答

有两个原因。

好吧,实际上只是为了一个,但有两个因素。

MOSFET在开启时可以双向传导,因为它实际上只是一个打开或关闭的电阻通道。(就像水龙头一样,它以微小的阻力打开,以巨大的阻力或介于两者之间的小渐变关闭。)

但是,MOSFET 也有所谓的体二极管,如小箭头所示。该体二极管在正向偏置时始终导通。它看起来有点像这样:

示意图

模拟这个电路——使用CircuitLab创建的示意图 (奇怪的文本标签放在一边,使图像看起来不那么夸张)

这在所有 MOSFET 内部,由于它们的内部结构,所以它不是一个选项。一些 MOSFET 是专门制造的,因此二极管对某些应用更有用,但那里总是有一个二极管。

正如评论中指出的那样;体二极管是基板连接的结果。我记得在单独的引脚上看到过一种或两种罕见的 MOSFET 类型,但它们很难找到。(并且您可能希望正常连接引脚,以获取当前功能)

这意味着,如果您在可以以两种方式传导的电流路径中仅使用一种方式,则一种方式将始终以大约一个二极管的电压降进行。

有时你想要,有时你不想要。当您不反向连接两个 MOSFET 时,整体情况变为:

示意图

模拟这个电路

当一个体二极管导通时,其他的阻断,反之亦然。


现在在电池保护的情况下,两个 MOSFET 的栅极都连接到一个独立的 I/O 引脚,因为当电池没电时允许充电,当电池充满时允许放电。因此芯片只打开其二极管阻挡允许方向的 MOSFET,如果电池处于其用例的一个极端,它的体二极管将至少允许另一个方向的电流,即使在过压或欠压情况下在电流开始流动后持续一段时间。

当电池表现异常时,这是否会导致 MOSFET 发热问题是一个单独的问题,并且到目前为止已被证明不是问题。通常,在过压/欠压消失并且两个 MOSFET 重新开启之前,体二极管仅导通几分之一秒。

示意图中显示的二极管可能已经表明了这一事实(我的眼睛最初忽略了它们),但它们同样可能打算让您放置更好的二极管,以支持从充满电的电池或充电电流到空电池的更高安全放电电流。

实际上,功率 MOSFET 有一个与沟道并联的体二极管这些寄生二极管是功率 MOSFET 的固有部分。因此,功率 MOSFET 只能阻断一个方向的电流。电池保护电路中的开关必须阻断两个方向的电流:充电和放电。这就是为什么串联两个相反的 MOSFET:每个方向一个。

一个 FET 用于阻止充电,另一个 FET 用于阻止放电。这允许 3 种操作模式:充电、放电和睡眠。

请参阅本文档中的“截止 FET 和 FET 驱动器”部分