Lithiumbatterie-Schutzschaltung - Warum sind zwei MOSFETs in Reihe geschaltet, umgekehrt?

Es hat zwei Gründe.

Nun, eigentlich nur für einen, aber mit zwei Faktoren.

Ein MOSFET kann beim Einschalten in beide Richtungen leiten, da es sich wirklich nur um einen Widerstandskanal handelt, der geöffnet oder geschlossen wird. (Wie ein Wasserhahn ist er mit einem kleinen Widerstand offen, mit einem großen Widerstand geschlossen oder mit einer kleinen Abstufung dazwischen.)

Aber auch ein MOSFET hat eine sogenannte Bodydiode, was durch den kleinen Pfeil angedeutet ist. Diese Body-Diode leitet immer, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Es sieht ein bisschen so aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab} (seltsame Textbeschriftung beiseite, damit das Bild weniger bombastisch aussieht)

Dies ist aufgrund ihres internen Aufbaus in allen MOSFETs enthalten, daher ist dies keine Option. Einige MOSFETs werden speziell hergestellt, damit die Diode für bestimmte Anwendungen nützlicher wird, aber es gibt immer eine Diode.

Wie in den Kommentaren erwähnt; die Body-Diode ist eine Folge der Substratanbindung. Ich erinnere mich, dass ich einen oder zwei seltene MOSFET-Typen mit dieser Verbindung an einem separaten Pin gesehen habe, aber sie wären schwer zu finden. (Und Sie möchten den Pin wahrscheinlich sowieso normal anschließen, um die Stromfähigkeit zu gewährleisten.)

Dies bedeutet, dass, wenn Sie nur einen in einem Strompfad verwenden, der auf zwei Arten leiten kann, ein Weg immer mit ungefähr dem Spannungsabfall einer Diode leitet.

Manchmal will man das, manchmal nicht. Wenn Sie dies nicht tun, schließen Sie zwei MOSFETs umgekehrt an, und das Gesamtbild sieht folgendermaßen aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn die eine Bodydiode leitet, sperrt die andere und umgekehrt.

Bei einem Batterieschutz werden nun beide MOSFETs mit ihrem Gate an einen unabhängigen I/O-Pin angeschlossen, denn wenn die Batterie leer ist, darf sie geladen werden und wenn sie voll ist, darf sie entladen werden. Der Chip schaltet also nur den MOSFET ein, dessen Diode die zulässigen Richtungen blockiert, und wenn sich die Batterie an einem Extrem ihres Anwendungsfalls befindet, lässt ihre Body-Diode zumindest Strom in die andere Richtung zu, selbst bei Über- oder Unterspannung bleiben eine Weile bestehen, nachdem der Strom zu fließen beginnt.

Ob dies Probleme mit der MOSFET-Heizung verursachen kann, wenn sich eine Batterie super seltsam verhält, ist ein separater Punkt und hat sich bisher als kein Problem herausgestellt. Normalerweise leitet die Body-Diode nur den Bruchteil einer Sekunde, bevor die Über-/Unterspannung verschwindet und beide MOSFETs wieder einschalten.

Die im Schaltplan gezeigten Dioden haben möglicherweise auf diese Tatsache hingewiesen (meine Augen haben sie anfangs beschönigt), aber es ist ebenso wahrscheinlich, dass Sie bessere Dioden platzieren, um höhere sichere Entladeströme von einer vollen Batterie zu unterstützen oder Ströme in eine leere zu laden.

In der Praxis hat ein Leistungs-MOSFET parallel zum Kanal eine Body-Diode . Diese parasitären Dioden sind ein intrinsischer Teil eines Leistungs-MOSFET. Folglich kann ein Leistungs-MOSFET den Strom nur in einer Richtung sperren. Der Schalter in der Batterieschutzschaltung muss den Strom in beide Richtungen sperren: Laden und Entladen. Deshalb gibt es zwei gegenüberliegende MOSFETs in Reihe: einen für jede Richtung.

Ein FET dient zum Blockieren des Ladens und der andere zum Blockieren des Entladens. Dies ermöglicht 3 Betriebsmodi: Laden, Entladen und Schlafen.

Siehe Abschnitt „Cutoff-FETs und FET-Treiber“ in diesem Dokument .