Circuito di protezione della batteria al litio - Perché ci sono due MOSFET in serie, invertiti?


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Stavo studiando un chip di protezione della batteria e un circuito di riferimento (sotto) comunemente usati nelle batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari e sono confuso dai due MOSFET in serie sul terminale negativo EB-.

Secondo questa domanda , ora capisco che i MOSFET possono condurre in direzione SD o DS.

Le mie domande sono: 1. Perché ci sono DUE MOSFET in questo circuito? Perché non solo uno? 2. Se conducono in entrambe le direzioni, perché FET1 e FET2 sono installati con polarità opposte? In che modo questo avvantaggia il circuito?

S-8261 Circuito di riferimento

Risposte:


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È per due motivi.

Bene, in realtà solo per uno, ma con due fattori.

Un MOSFET può condurre in entrambe le direzioni quando è acceso, poiché è veramente solo un canale resistivo che viene aperto o chiuso. (Proprio come un rubinetto, è aperto con una piccola resistenza, chiuso con un'enorme resistenza o una piccola gradazione nel mezzo.)

Ma un MOSFET ha anche quello che viene chiamato un diodo corporeo, che è indicato dalla piccola freccia. Quel diodo corporeo conduce sempre quando è polarizzato in avanti. Sembra un po 'così:

schematico

simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab (strana etichetta di testo a parte per rendere l'immagine meno burrascosa)

Questo è all'interno di tutti i MOSFET, a causa della loro costruzione interna, quindi non è un'opzione. Alcuni MOSFET sono fabbricati appositamente in modo che il diodo diventi più utile per determinate applicazioni, ma c'è sempre un diodo lì.

Come indicato nei commenti; il corpo-diodo è una conseguenza della connessione del substrato. Ricordo di aver visto uno o due tipi di MOSFET rari con quella connessione su un pin separato, ma sarebbero stati difficili da trovare. (E probabilmente vorrai collegare il pin normalmente comunque, per le funzionalità attuali)

Ciò significa che se si utilizza solo uno in un percorso corrente che può condurre in due modi, un modo condurrà sempre con una caduta di tensione di circa un diodo.

A volte lo vuoi, a volte no. In caso contrario, si collegano due MOSFET al contrario e l'immagine totale diventa questa:

schematico

simula questo circuito

Quando un diodo corporeo conduce, l'altro si blocca e viceversa.


Ora nel caso di una protezione della batteria, entrambi i MOSFET sono collegati con il loro gate a un pin I / O indipendente, perché quando la batteria è scarica, è possibile caricarla e quando è piena può essere scaricata. Quindi il chip accende solo il MOSFET il cui diodo blocca le direzioni consentite e se la batteria si trova ad un estremo del suo caso d'uso, il suo diodo corporeo consentirà almeno la corrente nell'altra direzione, anche se la situazione di sovratensione o sottotensione persistere per un po 'dopo che la corrente inizia a fluire.

Indipendentemente dal fatto che ciò possa causare problemi con il riscaldamento a MOSFET quando una batteria si comporta in modo super strano, è un punto separato e fino ad ora ha dimostrato di non essere un problema. Di solito il diodo corporeo conduce solo una frazione di secondo prima che scompaia la sovratensione / sottotensione e si riaccendano entrambi i MOSFET.

I diodi mostrati nello schema potrebbero aver indicato questo fatto (inizialmente i miei occhi li hanno fissati su di loro), ma è altrettanto probabile che intendano posizionare diodi migliori per supportare correnti di scarica più sicure da una batteria piena o caricare correnti in una scarica.


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Grazie per la spiegazione dettagliata. Adesso ha perfettamente senso!
Ryan Griggs,

@RyanGriggs Nessun problema. E grazie per aver fatto clic sul pulsante Accetta :-)
Asmyldof,

Sarebbe possibile costruire un MOSFET senza un diodo corporeo tra la sorgente e il drain; la maggior parte dei MOSFET all'interno di un IC NMOS o CMOS hanno gli anodi di tutti i diodi corporei per tutti gli NFET collegati alla guida negativa indipendente dalla sorgente e dal drain. MOSFET discreti legano lo scarico al substrato perché la connessione più sostanziale è al terminale del substrato (un'intera superficie del transistor è disponibile per esso) e sarebbe uno spreco usarlo solo per scopi di polarizzazione del substrato e non per il scopo di trasportare corrente.
Supercat,

@supercat Hai ragione. Se ricordo quando non sono le 2:30, prenderò in considerazione la modifica di qualcosa. Ma, mentre ricordo alcuni discreti con accesso al substrato decenni fa, come dici tu, è una rarità eccezionale.
Asmyldof,

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@supercat Abbastanza giusto. Sento che questo si sta avventurando nell'improbabile, tuttavia, non delineiamo tutti i possibili MOSFET. Per il principiante (il pubblico di questo tipo di domande) penso che stiamo già esagerando. Temo che
lascerò

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In pratica, un MOSFET di potenza ha un diodo corporeo in parallelo con il canale. Questi diodi parassiti sono una parte intrinseca di un MOSFET di potenza. Di conseguenza, un MOSFET di potenza può bloccare la corrente solo in una direzione. L'interruttore nel circuito di protezione della batteria deve bloccare la corrente in entrambe le direzioni: carica e scarica. Ecco perché ci sono due MOSFET opposti in serie: uno per ogni direzione.


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Un FET serve a bloccare la carica e l'altro a bloccare la scarica. Ciò consente 3 modalità di funzionamento: ricarica, scarica e sospensione.

Fare riferimento alla sezione "Cutoff FETs e FET Driver" in questo documento .

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