設(shè)計(jì)基于功率MOS管的鋰電池保護(hù)電路
通常，由于磷酸鐵鋰電源的特性，在應(yīng)用中需要對(duì)其充放電過程進(jìn)行保護(hù)，以免過充過放或過熱，以保證電源**的運(yùn)作。短路保護(hù)是放電過程中一種極端惡劣的運(yùn)作條件，將介紹功率 MOS管在這種運(yùn)作狀態(tài)的特點(diǎn)，以及如何選取功率 MOS管 型號(hào)和設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)電路。
電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特點(diǎn)
電動(dòng)自行車的磷酸鐵鋰電源保護(hù)板的放電電路的簡化模型如圖1所示。Q1為放電管，使用N溝道增強(qiáng)型 MOS管 ，實(shí)際的運(yùn)作中，根據(jù)不同的應(yīng)用，會(huì)使用多個(gè)功率 MOS管 并聯(lián)運(yùn)作，以減小導(dǎo)通電阻，增強(qiáng)散熱性能。RS為電源等效內(nèi)阻，LP為電源引線電感。
正常運(yùn)作時(shí)，控制信號(hào)控制 MOS管 打開，電源組的端子P+和P-輸出電壓，供負(fù)載使用。此時(shí)，功率 MOS管 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率損耗只有導(dǎo)通損耗，沒有開關(guān)損耗，功率 MOS管 的總的功率損耗并不高，溫升小，因此功率 MOS管 可以**運(yùn)作。
但是，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，由于回路電阻很小，電源的放電能力很強(qiáng)，所以短路電流從正常運(yùn)作的幾十安培突然增加到幾百安培，在這種情況下，功率 MOS管 容易損壞。
磷酸鐵鋰電源短路保護(hù)的難點(diǎn)
（1）短路電流大
在電動(dòng)車中，磷酸鐵鋰電源的電壓一般為36V或48V，短路電流隨電源的容量、內(nèi)阻、線路的寄生電感、短路時(shí)的接觸電阻變化而變化，通常為幾百甚至上千安培。
（2）短路保護(hù)時(shí)間不能太短
在應(yīng)用過程中，為了防止瞬態(tài)的過載使短路保護(hù)電路誤動(dòng)作，因此，短路保護(hù)電路具有一定的延時(shí)。而且，由于電流檢測(cè)電阻的誤差、電流檢測(cè)信號(hào)和系統(tǒng)響應(yīng)的延時(shí)，通常，根據(jù)不同的應(yīng)用，將短路保護(hù)時(shí)間設(shè)置在200μS至1000μS，這要求功率 MOS管 在高的短路電流下，能夠在此時(shí)間內(nèi)**的運(yùn)作，這也提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。
短路保護(hù)
當(dāng)短路保護(hù)運(yùn)作時(shí)，功率 MOS管 一般經(jīng)過三個(gè)運(yùn)作階段：完全導(dǎo)通、關(guān)斷、雪崩，如圖2所示，其中VGS為 MOS管 驅(qū)動(dòng)電壓，VDS為 MOS管 漏極電壓，ISC為短路電流，圖2(b)為圖2(a)中關(guān)斷期間的放大圖。
圖2：短路過程。(a) 完全導(dǎo)通階段；(b) 關(guān)斷和雪崩階段。
（1） 完全導(dǎo)通階段
如圖2(a)所示，短路剛發(fā)生時(shí)， MOS管 處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，電流迅速上升至*大電流，在這個(gè)過程，功率 MOS管 承受的功耗為PON= ISC2 * RDS(on)，所以具有較小RDS(on)的 MOS管 功耗較低。
功率 MOS管 的跨導(dǎo)Gfs也會(huì)影響功率 MOS管 的導(dǎo)通損耗。當(dāng) MOS管 的Gfs較小且短路電流很大時(shí)， MOS管 將運(yùn)作在飽和區(qū)，其飽和導(dǎo)通壓降很大，如圖3所示， MOS管 的VDS(ON)在短路時(shí)達(dá)到14.8V， MOS管 功耗會(huì)很大，從而導(dǎo)致 MOS管 因過功耗而失效。如果 MOS管 沒有運(yùn)作在飽和區(qū)，則其導(dǎo)通壓降應(yīng)該只有幾伏，如圖2(a) 中的VDS所示。
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