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锂离子电池保护电路中功率MOS管的用途有什么
锂离子电池保护电路中功率MOS管的用途有什么
  • 发布时间:2020-10-10 17:45

锂离子电池保护电路中功率MOS管的用途有什么

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电动自行车的磷酸铁锂离子电池保护板的放电电路的简化模型如图1所示。Q1为放电管,运用N沟道增强型MOS管,实践的作业中,根据不同的运用,会运用多个功率MOS管并联作业,以减小导通电阻,增强散热功用。RS为电池等效内阻,LP为电池引线电感。


正常作业时,控制信号控制MOS管翻开,电池组的端子P+和P-输出电压,供负载运用。此时,功率MOS管一贯处于导通状况,功率损耗只需导通损耗,没有开关损耗,功率MOS管的总的功率损耗并不高,温升小,因此功率MOS管可以安全作业。


可是,当负载发生短路时,由于回路电阻很小,电池的放电才干很强,所以短路电流从正常作业的几十安培遽然添加到几百安培,在这种状况下,功率MOS管简略损坏。


磷酸铁锂离子电池短路保护的难点


(1)短路电流大


在电动汽车中,磷酸铁锂离子电池的电压一般为36V或48V,短路电流随电池的容量、内阻、线路的寄生电感、短路时的接触电阻改变而改变,一般为几百甚至上千安培。


(2)短路保护时刻不能太短


在运用进程中,为了防止瞬态的过载使短路保护电路误动作,因此,短路保护电路具有必定的延时。而且,由于电流检测电阻的差错、电流检测信号和系统呼应的延时,一般,根据不同的运用,将短路保护时刻设置在200μS至1000μS,这要求功率MOS管在高的短路电流下,可以在此时刻内安全的作业,这也跋涉了系统的规划难度。


短路保护


当短路保护作业时,功率MOS管一般经过三个作业阶段:完全导通、关断、雪崩,如图2所示,其间VGS为MOS管驱动电压,VDS为MOS管漏极电压,ISC为短路电流,图2(b)为图2(a)中关断期间的扩展图。


(1)完全导通阶段


如图2(a)所示,短路刚发生时,MOS管处于完全导通状况,电流灵敏上升至最大电流,在这个进程,功率MOS管承受的功耗为PON=ISC2*RDS(on),所以具有较小RDS(on)的MOS管功耗较低。


功率MOS管的跨导Gfs也会影响功率MOS管的导通损耗。当MOS管的Gfs较小且短路电流很大时,MOS管将作业在丰满区,其丰满导通压降很大,如图3所示,MOS管的VDS(ON)在短路时抵达14.8V,MOS管功耗会很大,然后导致MOS管因过功耗而失效。假设MOS管没有作业在丰满区,则其导通压降应该只需几伏,如图2(a)中的VDS所示。


(2)关断阶段


保护电路作业后,开始将MOS管关断,在关断进程中MOS管消耗的功率为POFF=V*I,由于关断时电压和电流都很高,所以功率很大,一般会抵达几千瓦以上,因此MOS管很简略因瞬间过功率而损坏。一起,MOS管在关断期间处于丰满区,简略发生各单元间的热不平衡然后导致MOSFET提早失效。


跋涉关断的速度,可以减小关断损耗,但这会发生其他的问题。MOS管的等效电路如图4所示,其包含了一个寄生的三极管。在MOS管短路期间,电流悉数经过MOS管沟道流过,当MOS管快速关断时,其部分电流会经过Rb流过,然后添加三极管的基极电压,使寄生三极管导通,MOS管提早失效。


因此,要选取适宜的关断速度。由于不同MOS管承受的关断速率不同,需求经过实践的查验来设置适宜的关断速度。


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