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基于锂电池保护电路中MOSFET选择的相关知识


品慧电子讯MOSFET在锂离子电池保护电路中都有着广泛的应用。但并不是所有类型的MOSFET都适合锂电池保护电路的,这样就涉及到MOSFET在锂电池保护电路中的选择问题,如何选择呢?请看下文。


通常Pmos 放到正端,Nmos放到负端。在正端,Pmos正常时候,G极低电平,保护时候高电平;而在负端,Nmos正常时候G极高电平,保护时候低电平。而最近新出一个芯片,将Nmos放到了正端,通常Nmos会比Pmos成本低,导通阻值会偏小(Nmos导电沟道依靠电子),当然目前也有一些Pmos的导通阻值做到很小,比如TPC8107,做到了5.5个mohm左右。采用什么样的MOS,就需要有什么样的芯片来驱动。

在1-2串的锂离子电池保护电路中几乎都用到了Nmos,单cell的比如手机电池内用一个复合Nmos,而常用的保护芯片有S8241,S8261,R5426,MM3077等。2串锂离子电池的比如一些DV电池同样用到了Nmos,而2串锂离子电池常用保护芯片用S8232,MM1412等。

3-4串主要用笔记本电池,此前所见到的都是在正端用Pmos,那为什么Nmos相对廉价却不采用呢?通常Nmos一般放到负端,这样便于芯片驱动,但是因为笔记本电池需要通讯,包括SMBUS和HDQ都需要用到地线,因此,当电池保护的时候,负端中断,通讯无法进行。当然,我们可以为了保证通讯而将通讯所用到的地线独立出来,直接可以连接到B-,而主机端通讯的结构为开漏极,这样在充电的时候,当MOSFET关闭的时候,会有漏电流从下图的D1 D2流过。

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图1 MOSFET关闭时,漏电流的流向图

当然也有解决此问题的方法,但是会带来不稳定,具体方法,请参看下图。

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图2 解决漏电流流向的方法

因此,在3-4串的笔记本电池中,通常是用到Pmos,当保护的时候,驱动会在B+ 和P+处拉电。但是最近新出的一个笔记本电池解决方案中,在正端是采用Nmos。我们知道Nmos,高电平导通,因此驱动就需要做到比B+ 和P+ 还要高,芯片内部的驱动必须用到charge pumps。

下面罗列一些常用到的3-4串的笔记本电池管理/保护芯片。MM1414,S8254,bq2040,2060,208x家族,20zx0家族。Maxim 有1780 1781 据说最近推出了1785,Atmel 也出1款ATmega406,Microchip PS401 PS501,瑞萨M37517家族,微电通道 GC1318+x3100,还有IC新锐凹凸的oz930等等。

在5串以上的多串锂离子电池保护电路方面,因为目前的应用中只是输出1正1负,还很少见到有通讯电路的,所以相对来讲,大部分都采用了Nmos。而且鉴于动力锂离子电池在应用中电流较大,一般都采用了充放电路相对分开,尽量减少在放电过程中回路阻抗。当然,在一些高端的应用中,采用了通讯的功能,在解决共地的问题上,采用了光偶隔离的方法,将发出指令与接受指令分开,采用4线结构。

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