Sirkuit Perlindungan Baterai Lithium - Mengapa ada dua seri MOSFET, terbalik?

20

Saya sedang mempelajari chip perlindungan baterai dan sirkuit referensi (di bawah) yang biasa digunakan pada baterai Li-ion ponsel, dan saya bingung dengan dua MOSFET secara seri pada terminal negatif EB-.

Menurut pertanyaan ini , saya sekarang mengerti bahwa MOSFET dapat melakukan dalam arah SD atau DS.

Pertanyaan saya adalah: 1. Mengapa ada DUA MOSFET di sirkuit ini? Kenapa tidak satu saja? 2. Jika mereka melakukan di kedua arah, mengapa FET1 dan FET2 dipasang dengan polaritas yang berlawanan? Bagaimana ini menguntungkan sirkuit?

S-8261 Referensi Circuit

Ryan Griggs
sumber

Jawaban:

33

Itu karena dua alasan.

Sebenarnya hanya untuk satu, tetapi dengan dua faktor.

Sebuah MOSFET dapat melakukan di kedua arah ketika dihidupkan, karena itu benar-benar hanya saluran resistif yang dibuka atau ditutup. (Sama seperti keran, itu terbuka dengan resistensi kecil, ditutup dengan resistensi besar atau gradasi kecil di antaranya.)

Tapi, MOSFET juga memiliki apa yang disebut dioda tubuh, yang ditunjukkan oleh panah kecil. Dioda tubuh itu selalu melakukan ketika bias maju. Ini terlihat seperti ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab (label teks aneh disamping untuk membuat gambar terlihat kurang bombastis)

Ini ada di dalam semua MOSFET, karena konstruksi internal mereka, jadi itu bukan pilihan. Beberapa MOSFET dibuat khusus sehingga dioda menjadi lebih berguna untuk aplikasi tertentu, tetapi selalu ada dioda di sana.

Seperti yang ditunjukkan dalam komentar; Body-Diode adalah konsekuensi dari koneksi media. Saya ingat pernah melihat satu atau dua jenis MOSFET yang jarang dengan koneksi itu pada pin yang terpisah, tetapi mereka sulit ditemukan. (Dan Anda mungkin ingin menghubungkan pin secara normal, untuk kemampuan saat ini)

Ini berarti, bahwa jika Anda hanya menggunakan satu di jalur saat ini yang dapat melakukan dalam dua cara, satu cara akan selalu melakukan dengan penurunan tegangan sekitar satu dioda.

Terkadang Anda menginginkannya, kadang tidak. Ketika Anda tidak menghubungkan dua MOSFET secara terbalik, dan total gambar menjadi ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini

Ketika dioda satu tubuh melakukan, blok lainnya dan sebaliknya.


Sekarang dalam hal perlindungan baterai, kedua MOSFET terhubung dengan gerbang mereka ke pin I / O yang independen, karena ketika baterai kosong, baterai diperbolehkan untuk diisi daya dan ketika baterai penuh baterai dibiarkan diisi daya. Jadi chip hanya menyalakan MOSFET yang dioda memblokir arah yang diizinkan, dan jika baterai berada pada satu ekstrim dari kasus penggunaannya, dioda tubuhnya setidaknya akan memungkinkan arus di arah lain, bahkan jika situasi tegangan berlebih atau di bawah tegangan bertahan beberapa saat setelah arus mulai mengalir.

Apakah ini dapat menyebabkan masalah dengan pemanasan MOSFET ketika baterai berperilaku super aneh adalah titik yang terpisah dan hingga kini terbukti tidak menjadi masalah. Biasanya body diode hanya melakukan sepersekian detik sebelum voltase over / under menghilang dan kedua MOSFET kembali menyala.

Dioda yang diperlihatkan dalam skema mungkin mengindikasikan fakta ini (mata saya pada awalnya mengkilap), tetapi kemungkinan besar mereka bermaksud agar Anda menempatkan dioda yang lebih baik untuk mendukung arus buangan aman yang lebih tinggi dari baterai penuh atau arus pengisian ke yang kosong.

Asmyldof
sumber
1
Terima kasih untuk penjelasan rinci. Masuk akal sekarang!
Ryan Griggs
@RyanGriggs Jangan khawatir sama sekali. Dan terima kasih telah mengklik tombol terima :-)
Asmyldof
Adalah mungkin untuk membangun MOSFET tanpa dioda tubuh antara sumber dan saluran; sebagian besar MOSFET dalam NMOS atau CMOS IC memiliki anoda semua dioda tubuh untuk semua NFET yang terhubung ke rel negatif independen dari sumber dan tiriskan. MOSFET diskrit mengikat drain ke substrat karena koneksi paling substansial adalah ke terminal substrat (seluruh permukaan transistor tersedia untuk itu) dan akan sia-sia menggunakannya hanya untuk keperluan membiasakan substrat dan bukan untuk tujuan membawa arus.
supercat
@supercat Anda benar. Jika saya ingat ketika ini bukan jam 2:30 pagi saya akan mempertimbangkan untuk mengedit sesuatu. Tapi, sementara saya ingat beberapa diskrit dengan akses ke substrat dekade yang lalu, seperti yang Anda katakan, itu adalah kelangkaan yang luar biasa.
Asmyldof
1
@supercat Cukup adil. Saya merasa ini merambah ke yang sangat tidak mungkin, mari kita tidak menguraikan semua MOSFET yang mungkin. Untuk pemula (pendengar pertanyaan semacam ini) saya pikir kita sudah berlebihan. Saya khawatir saya akan meninggalkan pos kebanyakan seperti :-)
Asmyldof
13

Dalam praktiknya, MOSFET daya memiliki dioda tubuh yang paralel dengan saluran. Dioda parasit ini merupakan bagian intrinsik dari MOSFET daya. Akibatnya, MOSFET daya dapat memblokir arus hanya dalam satu arah. Sakelar di sirkuit perlindungan baterai harus memblokir arus di kedua arah: pengisian dan pemakaian. Itu sebabnya ada dua MOSFET yang berlawanan secara seri: satu untuk setiap arah.

Nick Alexeev
sumber
4

Satu FET untuk memblokir pengisian dan yang lainnya untuk memblokir pemakaian. Ini memungkinkan 3 mode operasi: Pengisian, Pengosongan & Tidur.

Lihat bagian "Cutoff FETs and FET Driver" dalam dokumen ini .

st2000
sumber