21 votos

Circuito de protección de batería de litio - ¿Por qué hay dos MOSFET en serie, invertidos?

Estaba estudiando un chip de protección de batería y circuito de referencia (abajo) comúnmente utilizado en baterías de iones de litio de 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 dirección S-D o D-S.

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

Circuito de Referencia S-8261

36voto

Asmyldof Puntos 9125

Es por dos razones.

Bueno, en realidad solo por una, pero con dos factores.

Un MOSFET puede conducir en ambas direcciones cuando está encendido, ya que realmente es solo un canal resistivo que se abre o se cierra. (Igual que un grifo, está abierto con una resistencia pequeña, cerrado con una resistencia enorme o una pequeña graduación intermedia).

Pero, un MOSFET también tiene lo que se llama un diodo de cuerpo, que está indicado por la flecha pequeña. Ese diodo de cuerpo siempre conduce cuando está polarizado directamente. Se ve un poco así:

esquemático

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab (texto extraño aparte para que la imagen no se vea tan bombástica)

Esto está dentro de todos los MOSFETs, debido a su construcción interna, por lo que no es una opción. Algunos MOSFETs están fabricados especialmente para que el diodo resulte más útil para ciertas aplicaciones, pero siempre hay un diodo ahí.

Como se señaló en los comentarios; el Diodo de Cuerpo es una consecuencia de la conexión del sustrato. Recuerdo haber visto uno o dos tipos de MOSFET raros con esa conexión en un pin separado, pero serían difíciles de encontrar. (Y probablemente querrías conectar el pin normalmente de todos modos, por capacidad de corriente)

Esto significa que si usas solo uno en un camino de corriente que puede conducir en dos direcciones, una dirección siempre conducirá con aproximadamente la caída de voltaje de un diodo.

A veces quieres eso, a veces no. Cuando no lo quieres, conectas dos MOSFETs en reversa, y el panorama total se ve así:

esquemático

simula este circuito

Cuando un diodo de cuerpo conduce, el otro se bloquea y viceversa.


Ahora, en el caso de una protección de batería, ambos MOSFETs se conectan con su compuerta a un pin de E/S independiente, porque cuando la batería está vacía, se permite cargar y cuando está llena se permite descargar. Por lo tanto, 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 de cuerpo al menos permitirá que pase corriente en la otra dirección, incluso si la situación de sobre o bajo voltaje persiste un tiempo después de que comience a fluir la corriente.

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

Los diodos mostrados en el esquemático podrían haber indicado este hecho (mis ojos se deslizaron sobre ellos inicialmente), pero es igualmente probable que pretendan que coloques mejores diodos para soportar corrientes de descarga seguras más altas desde una batería llena o corrientes de carga en una vacía.

1 votos

Gracias por la explicación detallada. ¡Ahora tiene perfecto sentido!

0 votos

@RyanGriggs No te preocupes en absoluto. Y gracias por hacer clic en el botón de aceptar :-)

0 votos

Sería posible construir un MOSFET sin un diodo de cuerpo entre la fuente y el drenaje; la mayoría de los MOSFETs dentro de un IC NMOS o CMOS tienen los ánodos de todos los diodos de cuerpo de todos los NFETs conectados al riel negativo independientemente de la fuente y el drenaje. Los MOSFETs discretos conectan el drenaje al sustrato porque la conexión más substancial es al terminal del sustrato (toda una superficie del transistor está disponible para ello) y sería un desperdicio usarlo solo para propósitos de polarización del sustrato y no para el propósito de llevar corriente.

14voto

Nick Alexeev Puntos 20994

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 solo puede bloquear la corriente en una dirección. El interruptor en el circuito de protección de la batería tiene que bloquear la corriente en ambas direcciones: carga y descarga. Por eso hay dos MOSFET opuestos en serie: uno para cada dirección.

4voto

el_tenedor Puntos 480

Un FET es para bloquear la carga y el otro es para bloquear la descarga. Esto permite 3 modos de operación: Carga, Descarga y Reposo.

Consulte la sección "Cutoff FETs and FET Driver" en este documento.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X