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

Es por dos razones.

Bueno, en realidad solo para uno, 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. (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 de cuerpo, que se indica con la pequeña flecha. Ese diodo de cuerpo siempre conduce cuando está polarizado hacia adelante. Se parece un poco a esto:

^{simule este circuito : esquema creado con CircuitLab} (etiqueta de texto extraña a un lado para que la imagen parezca menos rimbombante)

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 se vuelva más útil para ciertas aplicaciones, pero siempre hay un diodo ahí.

Como se señaló en los comentarios; el Cuerpo-Diodo es una consecuencia de la conexión del sustrato. Recuerdo haber visto uno o dos tipos raros de MOSFET 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 forma siempre conducirá con aproximadamente la caída de voltaje de un diodo.

A veces quieres eso, a veces no. Cuando no conecta dos MOSFET a la inversa, y la imagen total se convierte en esta:

^{simular este circuito}

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

Ahora bien, 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 permite cargar y cuando está llena se permite 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, el diodo de su cuerpo al menos permitirá corriente en la otra dirección, incluso si la situación de sobretensión o subtensión persistir un tiempo después de que la corriente comience a fluir.

Si esto puede causar o no problemas con el calentamiento MOSFET cuando una batería se comporta de manera muy extraña es un punto aparte 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 sobre/bajo voltaje 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 colocar mejores diodos para soportar corrientes de descarga seguras más altas de una batería llena o cargar corrientes en una vacía.

En la práctica, un MOSFET de potencia tiene un cuerpo de diodo 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.

Un FET es para bloquear la carga y el otro para bloquear la descarga. Esto permite 3 modos de funcionamiento: carga, descarga y reposo.

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