單節(jié)鋰電池保護(hù)解決方案(2)

CSS-2---單節(jié)電池保護(hù)解決方案

引言：上節(jié)（傳送門：CSS-1：?jiǎn)喂?jié)鋰電池保護(hù)解決方案-1）簡(jiǎn)單講解了PCM在充放電過程中的運(yùn)行過程，對(duì)于一個(gè)鋰電池組的PCM設(shè)計(jì)來說，不僅僅需要滿足法規(guī)要求，還需要滿足PCM的性能，達(dá)到保護(hù)指標(biāo)和保護(hù)等級(jí)。 本節(jié)通過PCM不同方案的演變和對(duì)比，在實(shí)際使用中，靈活選擇不同的方案，也更需要靈活地創(chuàng)造出新方案。

1.接地側(cè)，源極背靠背

無論哪種背靠背連接，都是為了避免體二極管流過不必要的電流，如圖2-1所示，兩個(gè)N溝道功率MOSFET的源極背靠背連接并放置在GND側(cè)，這種結(jié)構(gòu)很少用于PCM，但有時(shí)用于通信系統(tǒng)的負(fù)載開關(guān)和熱插拔電路。 （傳送門：SCD-4：如何用雙MOS設(shè)計(jì)分立式負(fù)載開關(guān)？ ）

圖2-1：功率MOSFET的源極背靠背連接

2.高壓側(cè)，漏極背靠背

如圖2-2，電源端（高壓側(cè)）的兩個(gè)N溝道功率MOSFET的充電和放電是一種常見的PCM方案，其漏極背靠背連接。 Q1是用于電池放電的功率MOSFET，Q2是用于電池充電的功率MOSFET。 兩個(gè)N溝道功率MOSFET放置在正端，因此需要兩個(gè)充電泵來啟用浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

圖2-2：高側(cè)功率MOSFET，漏極背靠背連接

如圖2-3所示，放置在電源端（高壓側(cè)）的兩個(gè)充電和放電N溝道功率MOSFET源極背靠背連接。 兩個(gè)N溝道功率MOSFET使用公共源極，因此需要充電泵來驅(qū)動(dòng)。 這種結(jié)構(gòu)也用于負(fù)載開關(guān)。

圖2-3：高端功率MOSFET，源極背靠背連接

3.大電流并聯(lián)多個(gè)MOSFET

為了提高電子系統(tǒng)的使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間，電池的容量正在增加，例如3000mAh到5000mAh甚至更大。 為了縮短充電時(shí)間和提高充電速度，通常采用快速充電，即通過更大的充電電流對(duì)電池充電，例如4A、5A、6A，甚至大到8A。 這樣一來PCM內(nèi)部功率MOSFET的功耗非常高，溫度也非常高。 為了降低溫度并確保功率MOSFET的可靠運(yùn)行，可以并聯(lián)使用兩個(gè)或多個(gè)MOSFET，如圖2-4所示。

圖2-4：大電流充放電并聯(lián)多個(gè)MOSFET

4. 冗余設(shè)計(jì)（二級(jí)保護(hù)）

根據(jù)LPS安全法規(guī)的要求，如果PCM內(nèi)的功率MOSFET在插入充電器時(shí)損壞或短路，則輸入電壓直接施加到電池上，這是非常危險(xiǎn)的。 為了提高系統(tǒng)的安全性，可以串聯(lián)連接另一組背靠背功率MOSFET，或者使用其他方案來形成冗余設(shè)計(jì)。 當(dāng)主保護(hù)失效時(shí)，還有另一個(gè)保護(hù)，如圖2-5至圖2-8所示，其中圖2-6方案使用非常廣泛。

圖2-5：串聯(lián)保護(hù)模式-兩組功率MOSFET，一組位于高側(cè)，另一組位于低側(cè)

圖2-6：串聯(lián)保護(hù)模式-低側(cè)兩組功率MOSFET

圖2-7：采用電子熔斷器的高側(cè)功率MOSFET

圖2-8：功率MOSFET置于低側(cè)，帶有電子保險(xiǎn)絲