更好的充放電性能：電池管理充放電系統(tǒng)中的功率MOSFET

本文介紹了功率MOSFET在PCM保護電路模塊中的工作原理及性能要求。PCM使用兩個N溝道功率MOSFET，一個用于充電，另一個用于放電。為提高充電速度和縮減充電時間，要求功率MOSFET具有更低的導(dǎo)通電阻、更小的尺寸、更高的功率密度和更好的散熱能力，功率MOSFET產(chǎn)品具有多種封裝設(shè)計，具有低導(dǎo)通電阻、低功耗、高速開關(guān)、更佳的散熱性能的優(yōu)勢。

日常生活中，如手機、筆記本電腦等這些消費電子應(yīng)用里，一般帶有控制IC、功率MOSFET和其他電子元件的電路系統(tǒng)，可以稱為保護電路模塊PCM。

今天我們要來講的是關(guān)于PCM保護電路模塊中，功率MOSFET的工作原理分析。

PCM一般需要低導(dǎo)通電阻MOSFET，因此很多時候工程師會選擇N溝道功率MOSFET。不過一些應(yīng)用在正極端會使用P溝道MOSFET用來靈活驅(qū)動。但相較于NMOS,PMOS的導(dǎo)通電阻相對高于NMOS，在很多選擇上會受到限制。

功率MOSFET在PCM中的工作原理

PCM一個功率MOSFET用于充電，另一個用于放電。兩個用于管理充電和放電的N溝道功率MOSFET放置在接地端，漏極背靠背連接。

其中以兩種配置背靠背串聯(lián)連接：一種配置是兩個功率MOSFET漏極連接。另外一種連接兩個功率MOSFET源。

從上圖可以看到Q1和Q2兩個功率MOSFET：Q1功率MOSFET是用于電池放電的；Q2功率MOSFET是用于電池充電的。在PCM板工作之前，Q1和Q2都處于關(guān)閉狀態(tài)。

B+/-是電池的正負極；

P+/-是電池組的正負極；

VSS為電池保護管理IC的接地，即電池的負極；

其中VSS和Q1的電源連接。

關(guān)于MOSFET在其中的“充放電”工作情況

充電

充電狀態(tài)時控制IC柵極，會向Q2處的功率MOSFET提供驅(qū)動信號CO，其路徑為：外部充電電路的正端→ P+→B+→R1→VDD→CO→Q2源 →P-→外部充電電路的負極。

當Q2接通后，充電路徑為：P+→B+→B-→Q1內(nèi)部寄生二極管→Q2通道→P-

然后可以對電池充電。

Q2接通時的充電回路

為減少Q(mào)1的損耗，當Q2開啟時，可以控制IC的DO引腳拉高，讓放電Q1功率MOSFET 開啟。

放電

放電時控制IC向放電Q1處的功率MOSFET，提供柵極驅(qū)動信號DO，Q1的柵極驅(qū)動信號路徑為：VDD→DO（驅(qū)動器輸出→Q1柵→Q1源→B-→VSS。

隨后當Q1為on時，放電電流路徑為：P→Q2內(nèi)部寄生二極管→Q1通道→B-→B+→P+，接著電池進行放電。

為減少Q(mào)2的損耗，當Q1開啟時，控制IC會向Q2處充電功率MOSFET ，提供柵極驅(qū)動信號CO，隨后開啟Q2。這時Q1和Q2同時處于開啟狀態(tài)。

性能要求

為了追尋更高效的充電速度和縮減充電時間，通常情況會采取了加大電流及大電流充電的快速充電技術(shù)。這也對功率MOSFET 在大電流充電應(yīng)用中提出了更為嚴苛的技術(shù)挑戰(zhàn)。這就要求我們在選擇功率MOSFET時要求其更低的導(dǎo)通電阻、更小的尺寸、更高的功率密度和更好的散熱能力。

在一些電池充放電管理、保護及控制、用于信號放大和開關(guān)控制等應(yīng)用中，為保證可靠的性能和提高工作的穩(wěn)定性，可以使用的功率MOSFET產(chǎn)品。

多種封裝設(shè)計的選擇為為各種電路應(yīng)用提供了高度的靈活性和集成性，并且具有低導(dǎo)通電阻、低功耗、高速開關(guān)、更佳的散熱性能的優(yōu)勢。