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mos管的作用在电池保护板上是如何凸显的-锂电池保护方案图-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2019-09-26 

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mos管的作用在电池保护板上是如何凸显的-锂电池保护方案图

mos管的作用

1、可应用于放大电路。由于MOS管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。


2、很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。


3、可以用作可变电阻。


4、可以方便地用作恒流源。


5、可以用作电子开关。


MOS管为压控元件,你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通,它的导通就像三极管在饱和状态一样,导通结的压降最小。这就是常说的精典是开关作用。去掉这个控制电压经就截止。


我们知道MOS管对于整个供电系统起着稳压的作用,但是MOS管不能单独使用,它必须和电感线圈、电容等共同组成的滤波稳压电路,才能发挥充分它的优势。


主板上的PWM(Plus Width Modulator,脉冲宽度调制器)芯片产生一个宽度可调的脉冲波形,这样可以使两只MOS管轮流导通。当负载两端的电压(如CPU需要的电压)要降低时,这时MOS管的开关作用开始生效,外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端的电压升高时,通过MOS管的开关作用,外部电源供电断开,电感释放出刚才充入的能量,这时的电感就变成了“电源”,继续对负载供电。随着电感上存储能量的不断消耗,负载两端的电压又开始逐渐降低,外部电源通过MOS管的开关作用又要充电。这样循环不断地进行充电和放电的过程,从而形成一种稳定的电压,永远使负载两端的电压不会升高也不会降低。


mos管的作用在电池保护板

常工作时,控制信号控制MOS管打开,电池组的端子P+和P-输出电压,供负载使用。此时,功率MOS管一直处于导通状态,功率损耗只有导通损耗,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管可以安全工作。

但是,当负载发生短路时,由于回路电阻很小,电池的放电能力很强,所以短路电流从正常工作的几十安培突然增加到几百安培,在这种情况下,功率MOS管容易损坏。


mos管的作用在电池保护板
(一)mos管的作用在电池保护板-短路电流大

在电动车中,磷酸铁锂电池的电压一般为36V或48V,短路电流随电池的容量、内阻、线路的寄生电感、短路时的接触电阻变化而变化,通常为几百甚至上千安培。


mos管的作用在电池保护板


(二)mos管的作用在电池保护板-短路保护时间不能太短

在应用过程中,为了防止瞬态的过载使短路保护电路误动作,因此,短路保护电路具有一定的延时。而且,由于电流检测电阻的误差、电流检测信号和系统响应的延时,通常,根据不同的应用,将短路保护时间设置在200μS至1000μS,这要求功率MOS管在高的短路电流下,能够在此时间内安全的工作,这也提高了系统的设计难度。


mos管的作用在电池保护板


(三)mos管的作用在电池保护板-短路保护

当短路保护工作时,功率MOS管一般经过三个工作阶段:完全导通、关断、雪崩,如图2所示,其中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)中关断期间的放大图。


mos管的作用在电池保护板


1、完全导通阶段

如图2(a)所示,短路刚发生时,MOS管处于完全导通状态,电流迅速上升至最大电流,在这个过程,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管将工作在饱和区,其饱和导通压降很大,如图3所示,MOS管的VDS(ON)在短路时达到14.8V,MOS管功耗会很大,从而导致MOS管因过功耗而失效。如果MOS管没有工作在饱和区,则其导通压降应该只有几伏,如图2(a)中的VDS所示。


mos管的作用在电池保护板


2、关断阶段

如图2(b)所示,保护电路工作后,开始将MOS管关断,在关断过程中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,通常会达到几千瓦以上,因此MOS管很容易因瞬间过功率而损坏。同时,MOS管在关断期间处于饱和区,容易发生各单元间的热不平衡从而导致MOSFET提前失效。


提高关断的速度,可以减小关断损耗,但这会产生另外的问题。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,电流全部通过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,从而增加三极管的基极电压,使寄生三极管导通,MOS管提前失效。


mos管的作用在电池保护板


因此,要选取合适的关断速度。由于不同MOS管承受的关断速率不同,需要通过实际的测试来设置合适的关断速度。


(四)mos管的作用在电池保护板-电压保护

过充,过放,这要根据电池的材料不同而有所改变,这点看似简单,但要细节上来看,还是有经验学问的。


过充保护,在我们以往的单节电池保护电压都会高出电池充饱电压50~150mV。但是动力电池不一样,如果你要想延长电池寿命,你的保护电压就选择电池的充饱电压,甚至还要比此电压还低些。


(五)mos管的作用在电池保护板-电流保护

它主要体现在工作电流与过电流使开关MOS断开从而保护电池组或负载。


MOS管的损坏主要是温度急剧升高,它的发热也是电流的大小及 本身的内阻来决定的,当然小电流,对MOS没什么影响,但是大电流呢,这个就要好好做些处理了, 在通过额定电流时,小电流10A以下,我们可以直接用电压来驱动MOS管。大电流,一定是要加驱动,给MOS足够大的驱动电流。以下在MOS管驱动有讲到


工作电流,在设计的时候,MOS管上不能存在超过0.3W的功率。计算工式:I2*R/N。R为MOS的内阻,N为MOS的数量。如果功率超过,MOS会产生25度以上的温升,又因它们都是密封的,就算有散热片,长时间工作时,温度还是会上去,因为他没地方可散热。当然MOS管是没任何问题,问题是他产生热量会影响到电池,毕竟保护板是与电池放在一起的。


(六)mos管的作用在电池保护板-温度保护

一般在智能电池上都会用到,也是不可少的。但往往它的完美总会带来另一方面的不足。我们主要是检测电池的温度来断开总开关来保护电池本身或负载。如果是在一个恒定的环境条件下,当然不会有什么问题。由于电池的工作环境是我们不可控的,太多太复杂的变化,因此不好选择。如在北方的冬天,我们定在多少合适?又如夏天的南方地区,又定多少合适?显然范围太宽不可控的因素太多,仁者见仁,智者见智的去选择了。


KIA半导体锂电池保护应用方案他图


mos管的作用在电池保护板


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