MOS管 保護電路中MOS管有什么作用？-KIA MOS管

鋰電池保護電路MOS管

電路結構及應用特點(diǎn)

電動(dòng)自行車(chē)的磷酸鐵鋰電池保護板的放電電路的簡(jiǎn)化模型如圖1所示。Q1為放電管，使用N溝道增強型MOS管，實(shí)際的工作中，根據不同的應用，會(huì )使用多個(gè)功率MOS管并聯(lián)工作，以減小導通電阻，增強散熱性能。RS為電池等效內阻，LP為電池引線(xiàn)電感。

正常工作時(shí)，控制信號控制MOS管打開(kāi)，電池組的端子P+和P-輸出電壓，供負載使用。此時(shí)，功率MOS管一直處于導通狀態(tài)，功率損耗只有導通損耗，沒(méi)有開(kāi)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管可以安全工作。

但是，當負載發(fā)生短路時(shí)，由于回路電阻很小，電池的放電能力很強，所以短路電流從正常工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。

磷酸鐵鋰電池短路保護的難點(diǎn)

（1）短路電流大

在電動(dòng)車(chē)中，磷酸鐵鋰電池的電壓一般為36V或48V，短路電流隨電池的容量、內阻、線(xiàn)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）短路保護時(shí)間不能太短

在應用過(guò)程中，為了防止瞬態(tài)的過(guò)載使短路保護電路誤動(dòng)作，因此，短路保護電路具有一定的延時(shí)。

而且，由于電流檢測電阻的誤差、電流檢測信號和系統響應的延時(shí)，通常，根據不同的應用，將短路保護時(shí)間設置在200μS至1000μS，這要求功率MOS管在高的短路電流下，能夠在此時(shí)間內安全的工作，這也提高了系統的設計難度。

短路保護

當短路保護工作時(shí)，功率MOS管一般經(jīng)過(guò)三個(gè)工作階段：完全導通、關(guān)斷、雪崩，如圖2所示，其中VGS為MOS管驅動(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。

（1）完全導通階段

如圖2（a）所示，短路剛發(fā)生時(shí)，MOS管處于完全導通狀態(tài)，電流迅速上升至最大電流，在這個(gè)過(guò)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Gfs也會(huì )影響功率MOS管的導通損耗。

當MOS管的Gfs較小且短路電流很大時(shí)，MOS管將工作在飽和區，其飽和導通壓降很大，如圖3所示，MOS管的VDS（ON）在短路時(shí)達到14.8V，MOS管功耗會(huì )很大，從而導致MOS管因過(guò)功耗而失效。

如果MOS管沒(méi)有工作在飽和區，則其導通壓降應該只有幾伏，如圖2（a）中的VDS所示。

（2）關(guān)斷階段

如圖2（b）所示，保護電路工作后，開(kāi)始將MOS管關(guān)斷，在關(guān)斷過(guò)程中MOS管消耗的功率為POFF=V*I，由于關(guān)斷時(shí)電壓和電流都很高，所以功率很大，通常會(huì )達到幾千瓦以上，因此MOS管很容易因瞬間過(guò)功率而損壞。

同時(shí)，MOS管在關(guān)斷期間處于飽和區，容易發(fā)生各單元間的熱不平衡從而導致MOSFET提前失效。

提高關(guān)斷的速度，可以減小關(guān)斷損耗，但這會(huì )產(chǎn)生另外的問(wèn)題。MOS管的等效電路如圖4所示，其包含了一個(gè)寄生的三極管。

在MOS管短路期間，電流全部通過(guò)MOS管溝道流過(guò)，當MOS管快速關(guān)斷時(shí)，其部分電流會(huì )經(jīng)過(guò)Rb流過(guò)，從而增加三極管的基極電壓，使寄生三極管導通，MOS管提前失效。

因此，要選取合適的關(guān)斷速度。由于不同MOS管承受的關(guān)斷速率不同，需要通過(guò)實(shí)際的測試來(lái)設置合適的關(guān)斷速度。

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