如何选择 MOSFET去对锂电池进行保护？
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1.前言
每年，越来越多的电子设备由包含锂离子 (Li ion) 电池的电池供电。. 高功率密度、低自放电率和易于充电使它们成为几乎所有便携式电子产品的首选电池类型——如今，从口袋里的手机到电动汽车，每天都有数百万人开车上班由锂离子电池供电。尽管这些电池具有许多优点，但也带来了某些风险和设计挑战，如果不能成功缓解，可能会导致灾难性的结果。我认为没有人会很快忘记爆炸性的 Galaxy S7 设备平板电脑以及随后在 2016 年的召回。
2.电池保护方案
降低此类破坏性事件风险的一种常见方法是将 MOSFET 放置在充电和放电路径中，当电池电压被认为是在一个指定的安全范围，或者 IC 在充电或放电期间检测到过电流浪涌（见图 1）。
图 1：简化的单节锂离子电池保护电路
因为这不是一个快速开关应用，所以你真的只需要考虑最坏情况下的传导损耗，这使得 MOSFET 的选择标准类似于负载开关的选择标准。但是有一些独特的考虑需要单独讨论以突出那些特定于电池保护的注意事项。
由于电池保护 MOSFET 完全增强并持续传导电流，或者完全关闭以断开电池电压与其他电子设备的连接，因此在考虑用于此应用的 FET 时，我们几乎可以忽略开关参数。相反，就像根据电流处理能力选择负载开关 FET 一样，电阻和封装类型是两个最重要的考虑因素。考虑到这一点，将电池保护分为不同类型的终端设备所需的三层电流并分析用于每个层的 FET 类型是有意义的。
第一层是使用一到两个电池供电的低功耗个人电子产品，如手机、平板电脑、智能手表或个人健康追踪器。这些设备在充电和放电时消耗的电流量可能高达几安培，也可能低至几百毫安。众所周知，个人电子产品设计师一直在努力减少产品的尺寸（和重量），一代又一代，因此他们选择 FET 来保护电池的标准是它们尽可能小，同时仍然能够处理最大的充电和放电电流。有时，这意味着 FemtoFET™ N 沟道 MOSFET 等芯片级器件是不错的选择。
由于在这些应用中 FET 通常背靠背放置，从而阻塞充电和放电路径（如上图 1 所示），有时将两个器件集成到一个公共漏极配置中的单个封装中是最节省空间的解决方案（图 2） ）。TI 拥有许多集成的背对背器件，可提供芯片级封装和小型四方扁平无引线 (QFN) SON3x3 塑料封装。
图 2：集成到单个封装中的公共漏极配置 FET 的示意图
第二层电池供电设备是多节手持无绳电动工具，如电钻、修剪器、小锯和家用电器（如机器人真空吸尘器）。这些设备仍然对尺寸很敏感，但以相当高的电流为电池充电，通常高于 10A。因此，设计人员通常使用电阻最低的 D2PAK、TO-220 或在某些情况下使用 QFN 封装。必要时，可以并行使用多个设备，尤其是对于链锯和绿篱修剪机等大型工具，但将 FET 的数量保持在最低限度以保持较小的外形尺寸仍然很重要。与电机控制 FET 一样，给定封装中电阻最低的器件通常更可取；否则你会选择一个较小的包。
第三层最高功率的电池充电应用是电动汽车，如电动自行车、电动滑板车，甚至电动汽车和公共汽车。在这一点上，电流和功率水平可能很大（数百安培，几千瓦的功率），并且确实没有办法将多个 FET 并联用于充电和放电路径。我见过设计人员在大型电路板上并联了数十个 FET，通常使用 D2PAK、安装在散热器上的 TO-220 或其他热增强型封装设备（图 3）。除了设计较小的电动自行车外，尺寸通常不是问题，电流处理能力是游戏的名称。同样，这意味着只选择电阻最低的 FET。所需的 FET 数量是电阻、最高环境温度以及电路板和系统作为孔的热阻抗的函数。
图 3：数十个 D2PAK FET 并联在一块大型 PCB 上，用于为电动汽车的电池充电和放电
关于在电动汽车中使用电池保护 FET 的最后一个注意事项——确定最终应用是否需要 Q101 级 FET 至关重要。Q101 是汽车电子委员会的汽车认证等级（集成电路的 Q100 分立等效物），它对质量和可靠性的要求比商业级设备的强制性要求要严格得多。我们的设备是否需要 Q-101 认证取决于最终应用和许多其他因素，从客户的标准到车辆运营所在国家/地区的立法。
电动自行车和电动滑板车通常不太可能需要 Q-101，但情况并非总是如此。最好在围绕 FET 构建设计之前找出这一点，而这些 FET 无法放入最终终端设备中。TI 在其产品组合中不提供任何符合汽车标准的 FET，因此如果有此要求，我们的 FET 解决方案必须来自其他地方。
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