MOSFET para la protección de polaridad inversa de un circuito alimentado por batería LiFePO4?

Los dos requisitos (protección inversa y polaridad inversa) no se cumplen fácilmente en el mismo dispositivo único.
Por sí mismo, los Vgs de un MOSFET están demasiado mal definidos entre las partes y no son lo suficientemente nítidos para hacer un buen corte de batería baja.
Al agregar el circuito integrado de menor costo del mundo y dos o tres resistencias, puede satisfacer ambas necesidades.

MOSFET de canal AP en el conductor +ve, drenaje (no fuente) a B+, fuente (no drenaje) a Carga+ y puerta a B-, proporcionará FET que se enciende con la polaridad correcta de la batería.

Ahora agregue un regulador de derivación TLV431 desde la compuerta FET a tierra e instale dos resistencias para programarlo para que se apague cuando Vbat esté por encima de un límite preestablecido. Agregue una tercera puerta de resistencia a B+ para apagar el FET cuando el TLV431 esté apagado.
Nominé un TLV431 de 1,25 V en lugar de un TL431 de 2,5 V, ya que el cátodo del dispositivo baja a Vref - 0,6 V en el mejor de los casos (según mis experiencias y un resultado lógico de la estructura interna) y nominalmente a aproximadamente Vref.
Con 1.25V como Vref en el TLV431 y digamos 3 voltios Vbat que deja (3-1.25v) = 1.75V Vgs para el MOSFET, lo que significa que necesita Vgsth de más de 1V para funcionar bien con 1.75V en la puerta. Los MOSFET que cumplen con esta especificación no son comunes, pero existen.
Si se desea, se puede utilizar un FET NChannel, pero el circuito de conmutación de nivel probablemente será un poco más complejo.

Un solo MOSFET protegerá contra la polaridad inversa pero, como señaló Bruce Abbot, no protege completamente contra la descarga profunda debido a la conducción del diodo del cuerpo. Para proteger contra la sobredescarga y la polaridad inversa, se necesitan dos MOSFET consecutivos

El primer diagrama a continuación muestra la versión de 1 FET con protección contra polaridad inversa y protección limitada contra bajo voltaje.
Para polaridad inversa solo omita R1, R2, R3, D1 y conecte la puerta FET a tierra. Este es el circuito de protección de polaridad inversa estándar que apareció hace décadas. No sé quién lo pensó primero, pero alguien intentó crear el concepto mucho después de que fuera común.
La puesta a tierra directa de la compuerta está bien para Vbattery << Vgsmax.
Para corte combinado de polaridad inversa y bajo voltaje: cuando la polaridad es correcta y el voltaje de la batería cae por debajo del voltaje establecido, el FET se apaga y el diodo del cuerpo se colocará en serie con la carga, por lo que el voltaje disponible cae de, digamos, 3V1 a quizás 2V4 (0.7V caída debido a una estructura de diodo inferior). Si la carga fuera, por ejemplo, un LED blanco con Vf ~= 3,0 V en funcionamiento normal, el consumo de corriente caería a un @ muy pequeño de lo normal.

En el segundo diagrama, el segundo FET (ambos canales P), con polaridad ds opuesta al primero, detiene la conducción a través de los FETS. A santes de que permanezca el camino de descarga R2 R3 y R2 debe ser tan grande como lo permitan otros parámetros de diseño.

Fig. 1: protección contra polaridad inversa, el bajo voltaje agrega un diodo de caída de 0,7 V+ en la ruta de descarga.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Fig. 2 - Protección de polaridad inversa, baja tensión desconecta la carga.

En teoría, se requiere Rx para activar un par de FET consecutivos, pero en la práctica tiende a ser innecesario. Utilice Rx = 10 megaohmios si lo desea.

^{simular este circuito}

Que en la reflexión, se puede simplificar ligeramente como se muestra a continuación. Se elimina la puerta flotante doble. El MOSFET superior ahora se ocupa únicamente de la inversión de polaridad y el inferior es el corte de bajo voltaje. El TLV431 prácticamente no consume corriente cuando está apagado (normalmente, 0,05 uA máx.), por lo que el valor de R3 se puede configurar para garantizar que el TLV431 consuma la corriente de regulación mínima cuando está encendido; esto varía según la marca, pero normalmente es de 80 uA MAX.
R2 R3 aún consume corriente en todo momento, pero como Iref es 0.3 uA máx., 0.15 uA típico, una resistencia de 100k da un error de V = IR = 0.3 uA x 100k = 0.03V.
Con R2 = 100k, Vref = 1.25V y Vbat = 3V I_R2 = (3-1.25)/100k =~ 18 uA.
Una celda cargada al 1% con 2000 mAh de capacidad duraría (2000 mAh x 1%)/18 uA > 1000 horas.

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TLV431A-D.PDF

^{simular este circuito}

El voltaje de descarga mínimo para una celda de LiFePO4 bajo cargas inferiores a C suele estar en el rango de 3,0 - 3,1 V. Bajo cargas pesadas. 1C 10C - ... los voltajes más bajos generalmente se deben a la caída de voltaje de la impedancia interna. 3.2V es extremadamente conservador.

El circuito de arriba drena la batería con R2 + R3 cuando el FET está apagado. Por lo tanto, para minimizar el drenaje del modo desactivado, R2 y R3 deben ser lo más grandes posible mientras se minimiza Vset debido a las corrientes de polarización en las resistencias.

Una parte posiblemente adecuada: depende de la corriente máxima deseada NTJS3151P , solo ejemplo.

Aquí hay un circuito de polaridad inversa fácil. Tiene básicamente cero corriente de reposo y actúa lo suficientemente rápido como para proteger la carga por completo. La corriente inversa será básicamente cero. Es posible que desee colocar protección de diodo ESD/Zener de puerta a fuente para asegurarse de que el FET no falle debido a ESD.

En el caso normal, cuando la batería está conectada correctamente, el FET estará encendido a menos que el voltaje de la batería (V1) caiga muy bajo. Este circuito realmente no es útil para el apagado por bajo voltaje debido al umbral de voltaje impreciso y la conducción del diodo del cuerpo.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}