Circuito de protección de batería de litio: ¿por qué hay dos MOSFET en serie, invertidos?

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Estaba estudiando un chip de protección de batería y un circuito de referencia (a continuación) comúnmente utilizado en baterías de iones de litio para teléfonos celulares, y estoy confundido por los dos MOSFET en serie en el terminal negativo EB-.

Según esta pregunta , ahora entiendo que los MOSFET pueden conducir en cualquier dirección SD o DS.

Mis preguntas son: 1. ¿Por qué hay DOS MOSFET en este circuito? ¿Por qué no solo uno? 2. Si conducen en cualquier dirección, ¿por qué se instalan FET1 y FET2 con polaridades opuestas? ¿Cómo beneficia esto al circuito?

Circuito de referencia S-8261

Ryan Griggs
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Respuestas:

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Es por dos razones.

Bueno, en realidad solo para uno, pero con dos factores.

Un MOSFET puede conducir en ambas direcciones cuando se enciende, ya que realmente es solo un canal resistivo que se abre o se cierra. (Al igual que un grifo, está abierto con una pequeña resistencia, cerrado con una gran resistencia o una pequeña gradación en el medio).

Pero, un MOSFET también tiene lo que se llama un diodo del cuerpo, que se indica con la pequeña flecha. Ese diodo del cuerpo siempre conduce cuando está polarizado hacia adelante. Se parece un poco a esto:

esquemático

simule este circuito : esquema creado con CircuitLab (etiqueta de texto extraña a un lado para que la imagen se vea menos bombástica)

Esto está dentro de todos los MOSFET, debido a su construcción interna, por lo que no es una opción. Algunos MOSFET se fabrican especialmente para que el diodo sea más útil para ciertas aplicaciones, pero siempre hay un diodo allí.

Como se señaló en los comentarios; El diodo del cuerpo es una consecuencia de la conexión del sustrato. Recuerdo haber visto uno o dos tipos MOSFET raros con esa conexión en un pin separado, pero serían difíciles de encontrar. (Y es probable que desee conectar el pin normalmente de todos modos, para la capacidad actual)

Esto significa que si usa solo uno en una ruta de corriente que puede conducir de dos maneras, una manera siempre conducirá con una caída de voltaje de aproximadamente un diodo.

A veces quieres eso, a veces no. Cuando no lo hace, conecta dos MOSFET en reversa, y la imagen total se convierte en esto:

esquemático

simular este circuito

Cuando el diodo de un cuerpo conduce, los otros bloques y viceversa.


Ahora, en el caso de una protección de batería, ambos MOSFET están conectados con su puerta a un pin de E / S independiente, porque cuando la batería está vacía, se puede cargar y cuando está llena se puede descargar. Entonces, el chip solo enciende el MOSFET cuyo diodo bloquea las direcciones permitidas, y si la batería está en un extremo de su caso de uso, su diodo corporal al menos permitirá la corriente en la otra dirección, incluso si la situación de sobre o bajo voltaje persistir un tiempo después de que la corriente comience a fluir.

Si esto puede o no causar problemas con el calentamiento MOSFET cuando una batería se comporta de manera extraña es un punto separado y hasta ahora se ha demostrado que no es un problema. Por lo general, el diodo del cuerpo solo conduce una fracción de segundo antes de que desaparezca el voltaje alto / bajo y ambos MOSFET se vuelvan a encender.

Los diodos que se muestran en el esquema podrían haber indicado este hecho (mis ojos los pasaron por alto inicialmente), pero es igualmente probable que tengan la intención de que coloque mejores diodos para soportar corrientes de descarga más seguras de una batería llena o corrientes de carga en una vacía.

Asmyldof
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Gracias por la explicación detallada. Tiene mucho sentido ahora!
Ryan Griggs
@RyanGriggs No te preocupes en absoluto. Y gracias por hacer clic en el botón aceptar :-)
Asmyldof
Sería posible construir un MOSFET sin un diodo entre la fuente y el drenaje; La mayoría de los MOSFET dentro de un IC NMOS o CMOS tienen los ánodos de todos los diodos del cuerpo para todos los NFET conectados al riel negativo independientemente de la fuente y el drenaje. Los MOSFET discretos atan el drenaje al sustrato porque la conexión más sustancial es a la terminal del sustrato (una superficie completa del transistor está disponible para él) y sería un desperdicio usarlo solo para sesgar el sustrato y no para propósito de llevar corriente.
supercat
@supercat Tienes razón. Si recuerdo cuando no son las 2:30 AM, consideraré editar algo. Pero, aunque recuerdo algunos discretos con acceso al sustrato hace décadas, como usted dice, es una rareza excepcional.
Asmyldof
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@ Supercat bastante justo. Sin embargo, creo que esto se está aventurando en lo altamente improbable, no describamos todos los MOSFET posibles. Para el principiante (la audiencia de este tipo de preguntas) creo que ya estamos exagerando. Me temo que dejaré la publicación principalmente como está :-)
Asmyldof
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En la práctica, un MOSFET de potencia tiene un diodo de cuerpo en paralelo con el canal. Estos diodos parásitos son una parte intrínseca de un MOSFET de potencia. Como resultado, un MOSFET de potencia puede bloquear la corriente solo en una dirección. El interruptor en el circuito de protección de la batería tiene que bloquear la corriente en ambas direcciones: carga y descarga. Es por eso que hay dos MOSFET opuestos en serie: uno para cada dirección.

Nick Alexeev
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Un FET es para bloquear la carga y el otro es para bloquear la descarga. Esto permite 3 modos de operación: carga, descarga y suspensión.

Consulte la sección "FET de corte y controlador FET" en este documento .

st2000
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