每年，越來越多的電子設備由包含鋰離子 (Li ion) 電池的電池供電。高功率密度、低自放電率和易于充電使其成為幾乎所有便攜式電子產(chǎn)品的首選電池類型——如今，從口袋里的手機到每天數(shù)以百萬計開車上班的電動汽車，應有盡有由鋰離子電池供電。盡管它們具有許多優(yōu)點，但這些電池也帶來了一定的風險和設計挑戰(zhàn)，如果不成功緩解這些風險和設計挑戰(zhàn)，可能會導致災難性的后果。我認為沒有人會很快忘記 2016 年爆炸性的 Galaxy S7 設備平板電腦和隨后的召回。
降低此類破壞性事件風險的一種常見方法是將 MOSFET 放置在充電和放電路徑中，當電池電壓被認為是外部電路時，它可以切斷電池與末端電路中其他電子設備之間的電氣連接。指定的安全范圍，或 IC 在充電或放電期間檢測到過電流浪涌（參見圖 1）。
圖 1：簡化的單節(jié)鋰離子電池保護電路
因為這不是一個快速開關應用，所以我們實際上只需要考慮最壞情況下的傳導損耗，這使得 MOSFET 的選擇標準類似于負載開關的選擇標準。但是有一些獨特的考慮值得單獨討論，以突出那些特定于電池保護的警告。
因為電池保護 MOSFET 既可以完全增強并持續(xù)傳導電流，也可以完全關閉以斷開電池電壓與其他電子設備的連接，因此在考慮用于此應用的 FET 時，我們幾乎可以忽略開關參數(shù)。相反，就像根據(jù)電流處理能力選擇負載開關 FET 時一樣，電阻和封裝類型是兩個最重要的考慮因素?？紤]到這一點，將電池保護分解為不同類型的終端設備所需的三層電流并分析用于每層的 FET 類型是有意義的。
第一層是使用一到兩個電池運行的低功耗個人電子產(chǎn)品，例如手機、平板電腦、智能手表或個人健康追蹤器。這些設備在充電和放電時消耗的電流量可高達幾安培或低至幾百毫安。眾所周知，個人電子產(chǎn)品設計師在每一代產(chǎn)品中都在不斷努力減小產(chǎn)品的尺寸（和重量），因此他們選擇 FET 進行電池保護的標準是盡可能小，同時仍能夠處理最大充電和放電電流。有時這意味著像 FemtoFET? N 溝道 MOSFET 這樣的芯片級器件是一個不錯的選擇。
由于 FET 在這些應用中經(jīng)常背靠背放置，從而阻塞了充電和放電路徑（如上圖 1 所示），有時將兩個器件集成到一個采用公共漏極配置的單一封裝中是最節(jié)省空間的解決方案（圖 2 ）。TI 擁有大量集成背靠背器件，提供芯片級封裝和小型四方扁平無引線 (QFN) SON3x3 塑料封裝。
圖 2：集成到單個封裝中的通用漏極配置 FET 示意圖
第二類電池供電設備是多節(jié)手持式無繩電動工具，如電鉆、修剪器、小鋸和家用電器，如機器人真空吸塵器。這些設備仍然對尺寸敏感，但以相當高的電流為電池充電，通常高于 10A。因此，設計人員通常使用電阻最低的 D2PAK、TO-220 或某些情況下的 QFN 封裝。必要時可以并行使用多個設備，特別是對于電鋸和綠籬修剪機等大型工具，但將 FET 的數(shù)量保持在最低限度以保持較小的外形尺寸仍然很重要。與電機控制 FET 一樣，給定封裝中電阻最低的器件通常更可取。否則你會選擇一個更小的包。
第三層最高功率的電池充電應用是電動汽車，如電動自行車、電動踏板車，甚至電動汽車和公共汽車。在這一點上，電流和功率水平可能很大（數(shù)百安培，幾千瓦的功率），并且確實沒有辦法將多個 FET 并聯(lián)用于充電和放電路徑。我見過設計人員在大型電路板上并聯(lián)數(shù)十個 FET，通常使用 D2PAK、散熱器安裝的 TO-220 或其他熱增強封裝器件（圖 3）。除了設計較小的電動自行車外，尺寸通常不是問題，電流處理能力是游戲的名稱。再一次，這意味著只選擇電阻最低的 FET。所需的 FET 數(shù)量是電阻、最高環(huán)境溫度以及作為孔的電路板和系統(tǒng)的熱阻抗的函數(shù)。
圖 3：數(shù)十個 D2PAK FET 并聯(lián)在大型 PCB 上，用于電動汽車電池的充電和放電
關于在電動汽車中使用電池保護 FET 的最后一點說明——確定最終應用是否需要 Q101 級 FET 至關重要。Q101 是來自汽車電子委員會的汽車認證等級（集成電路的 Q100 分立等效物），它對質(zhì)量和可靠性的要求比商業(yè)級設備的強制性要求要嚴格得多。我們的設備是否需要 Q-101 認證取決于最終應用和許多其他因素，從客戶標準到車輛運營所在國家/地區(qū)的法律。
電動自行車和電動滑板車通常不太可能需要 Q-101，但情況并非總是如此。最好在圍繞無法放入最終終端設備的 FET 構建設計之前找出這一點。TI 在其產(chǎn)品組合中不提供任何符合汽車標準的 FET，因此如果有此要求，我們的 FET 解決方案將不得不來自其他地方。
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