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基于鋰電池保護電路中MOSFET選擇的相關知識

發布時間:2012-12-06 責任編輯:sherryyu

【導讀】MOSFET在鋰離子電池保護電路中都有著廣泛的應用。但并不是所有類型的MOSFET都適合鋰電池保護電路的,這樣就涉及到MOSFET在鋰電池保護電路中的選擇問題,如何選擇呢?請看下文。


通常Pmos 放到正端,Nmos放到負端。在正端,Pmos正常時候,G極低電平,保護時候高電平;而在負端,Nmos正常時候G極高電平,保護時候低電平。而最近新出一個芯片,將Nmos放到了正端,通常Nmos會比Pmos成本低,導通阻值會偏小(Nmos導電溝道依靠電子),當然目前也有一些Pmos的導通阻值做到很小,比如TPC8107,做到了5.5個mohm左右。采用什么樣的MOS,就需要有什么樣的芯片來驅動。
 
在1-2串的鋰離子電池保護電路中幾乎都用到了Nmos,單cell的比如手機電池內用一個復合Nmos,而常用的保護芯片有S8241,S8261,R5426,MM3077等。2串鋰離子電池的比如一些DV電池同樣用到了Nmos,而2串鋰離子電池常用保護芯片用S8232,MM1412等。
   
3-4串主要用筆記本電池,此前所見到的都是在正端用Pmos,那為什么Nmos相對廉價卻不采用呢?通常Nmos一般放到負端,這樣便于芯片驅動,但是因為筆記本電池需要通訊,包括SMBUS和HDQ都需要用到地線,因此,當電池保護的時候,負端中斷,通訊無法進行。當然,我們可以為了保證通訊而將通訊所用到的地線獨立出來,直接可以連接到B-,而主機端通訊的結構為開漏極,這樣在充電的時候,當MOSFET關閉的時候,會有漏電流從下圖的D1 D2流過。

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圖1 MOSFET關閉時,漏電流的流向圖

當然也有解決此問題的方法,但是會帶來不穩定,具體方法,請參看下圖。

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圖2  解決漏電流流向的方法

因此,在3-4串的筆記本電池中,通常是用到Pmos,當保護的時候,驅動會在B+ 和P+處拉電。但是最近新出的一個筆記本電池解決方案中,在正端是采用Nmos。我們知道Nmos,高電平導通,因此驅動就需要做到比B+ 和P+ 還要高,芯片內部的驅動必須用到charge pumps。    

下面羅列一些常用到的3-4串的筆記本電池管理/保護芯片。MM1414,S8254,bq2040,2060,208x家族,20zx0家族。Maxim 有1780 1781 據說最近推出了1785,Atmel 也出1款ATmega406,Microchip PS401 PS501,瑞薩M37517家族,微電通道 GC1318+x3100,還有IC新銳凹凸的oz930等等。    

在5串以上的多串鋰離子電池保護電路方面,因為目前的應用中只是輸出1正1負,還很少見到有通訊電路的,所以相對來講,大部分都采用了Nmos。而且鑒于動力鋰離子電池在應用中電流較大,一般都采用了充放電路相對分開,盡量減少在放電過程中回路阻抗。當然,在一些高端的應用中,采用了通訊的功能,在解決共地的問題上,采用了光偶隔離的方法,將發出指令與接受指令分開,采用4線結構。

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