CSS-2---單節電池保護解決方案

引言：上節（傳送門：CSS-1：單節鋰電池保護解決方案-1）簡單講解了PCM在充放電過程中的運行過程，對于一個鋰電池組的PCM設計來說，不僅僅需要滿足法規要求，還需要滿足PCM的性能，達到保護指標和保護等級。 本節通過PCM不同方案的演變和對比，在實際使用中，靈活選擇不同的方案，也更需要靈活地創造出新方案。

1.接地側，源極背靠背

無論哪種背靠背連接，都是為了避免體二極管流過不必要的電流，如圖2-1所示，兩個N溝道功率MOSFET的源極背靠背連接并放置在GND側，這種結構很少用于PCM，但有時用于通信系統的負載開關和熱插拔電路。 （傳送門：SCD-4：如何用雙MOS設計分立式負載開關？ ）

圖2-1：功率MOSFET的源極背靠背連接

2.高壓側，漏極背靠背

如圖2-2，電源端（高壓側）的兩個N溝道功率MOSFET的充電和放電是一種常見的PCM方案，其漏極背靠背連接。 Q1是用于電池放電的功率MOSFET，Q2是用于電池充電的功率MOSFET。 兩個N溝道功率MOSFET放置在正端，因此需要兩個充電泵來啟用浮動驅動。

圖2-2：高側功率MOSFET，漏極背靠背連接

如圖2-3所示，放置在電源端（高壓側）的兩個充電和放電N溝道功率MOSFET源極背靠背連接。 兩個N溝道功率MOSFET使用公共源極，因此需要充電泵來驅動。 這種結構也用于負載開關。

圖2-3：高端功率MOSFET，源極背靠背連接

3.大電流并聯多個MOSFET

為了提高電子系統的使用時間和待機時間，電池的容量正在增加，例如3000mAh到5000mAh甚至更大。 為了縮短充電時間和提高充電速度，通常采用快速充電，即通過更大的充電電流對電池充電，例如4A、5A、6A，甚至大到8A。 這樣一來PCM內部功率MOSFET的功耗非常高，溫度也非常高。 為了降低溫度并確保功率MOSFET的可靠運行，可以并聯使用兩個或多個MOSFET，如圖2-4所示。

圖2-4：大電流充放電并聯多個MOSFET

4. 冗余設計（二級保護）

根據LPS安全法規的要求，如果PCM內的功率MOSFET在插入充電器時損壞或短路，則輸入電壓直接施加到電池上，這是非常危險的。 為了提高系統的安全性，可以串聯連接另一組背靠背功率MOSFET，或者使用其他方案來形成冗余設計。 當主保護失效時，還有另一個保護，如圖2-5至圖2-8所示，其中圖2-6方案使用非常廣泛。

圖2-5：串聯保護模式-兩組功率MOSFET，一組位于高側，另一組位于低側

圖2-6：串聯保護模式-低側兩組功率MOSFET

圖2-7：采用電子熔斷器的高側功率MOSFET

圖2-8：功率MOSFET置于低側，帶有電子保險絲