CN117134300A - 一种防止短路电流损坏mosfet的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止短路电流损坏MOSFET的电路，属于MOSFET应用技术领域，该电路包括AFE前端电路、加速关断电路以及续流电路。所述AFE前端电路用于处理电池组的模拟信号和数字信号，对模拟信号进行采集和转换，对数字信号进行滤波和信号处理，同时实时监测和保护电池状态；所述加速关断电路用于短接MOSFET的栅极和源极，快速关断MOSFET；所述续流电路用于在MOSFET关断瞬间将原先流经负载的电流转移到电源端；所述AFE前端电路与所述加速关断电路相连接；所述加速关断电路与所述续流电路相连接。本发明能解决在短路瞬间，电路中的感性负载和其他寄生电感等受瞬间关断影响而产生负压进而导致MOSFET不能完全关断的现象。同时，本电路设计简单且易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及MOSFET应用技术领域，具体为一种防止短路电流损坏MOSFET的电路。
背景技术
随着锂电池的广泛使用以及新能源汽车在人们视线中的日渐活跃，电池管理保护系统(BMS)作为保护其工作正常运转的一个重要环节，值得不断地研究和提高。
在锂电子电池组中使用BMS可以达到两个主要的功能效果，一是保持电池组安全运行，二是保障电池组的可靠运行。BMS输出包含电池充电状态(SOC)、电池健康(SOH)和电池剩余电量(SOE)等。
在整个电池管理系统中，短路保护的优先级是比较高的，是保证整个框架能够平稳的重要指标之一。提及短路保护就要去研究MOSFET。MOSFET全称为金属氧化物半导体场效应晶体管，它较三极管来说，具有省电和导通阻抗小的优点。对于MOSFET我们要去研究如何保证在发生短路保护数次之后，MOSFET仍然能够正常工作并且不损坏，而造成MOSFET损坏的原因之一就是在整个MOSFET关断的过程中关断时间长、损耗过大。
就现有的技术来说，大多是在进行短路保护时，追求在最短的时间内将驱动管脚拉低从而实现对MOSFET的快速关断。而对于短路瞬间，MOS管(MOSFET简称)栅极在几十微秒内被快速拉低后，由于源极等效电感的原因，仍然会产生一个负压尖峰使得栅极和源极之间的电压大于Vth(MOS管开通电压)，即MOS管仍处于开启状态，增加了MOS管的发热损耗，而对于这一情况该如何处理，就目前的技术来说并未考虑这些。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止短路电流损坏MOSFET的电路，以减小在短路瞬间，由于感性负载和电路中的其他寄生电感等，瞬间关断产生负压，导致MOSFET短时间未能完全关断造成的发热损耗问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种防止短路电流损坏MOSFET的电路，该系统包括AFE前端电路、加速关断电路以及续流电路；
所述AFE前端电路用于处理电池组的模拟信号和数字信号，对模拟信号进行采集和转换，对数字信号进行滤波和信号处理，同时实时监测和保护电池状态；所述加速关断电路用于短接MOSFET的栅极和源极，快速关断MOSFET；所述续流电路用于在MOSFET关断瞬间将原先流经负载的电流转移到电源端；
所述AFE前端电路与所述加速关断电路相连接；所述加速关断电路与所述续流电路相连接；
所述AFE前端电路包括AFE前端、电阻RC、电阻RD、充电MOS管QC以及放电MOS管QD；
所述AFE前端具有VDD引脚、VSS引脚、CHG引脚以及DSG引脚；
所述AFE前端通过VDD引脚连接电池组的正极，通过CHG引脚连接充电MOS管QC，通过DSG引脚连接放电MOS管QD，通过VSS引脚连接电池组的负极并接地；所述电阻RC并联在充电MOS管QC上；所述电阻RD并联在放电MOS管QD上；
在上述方案中，充电MOS管QC与放电MOS管QD各自需要一个电阻与之并联的原因在于：MOS管栅极和源极之间输入阻抗非常高，一点点的静电或者干扰都可能导致MOS管误导通，因此要在MOS管的栅极和源极之间并联上一个电阻来降低输入阻抗；
所述加速关断电路包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、电阻R3、NMOS管Q1、二极管D1、稳压管Z1以及电容C1；
所述电阻R3用于调整C1的放电速度；
所述NMOS管Q1的漏极串联电阻R3；所述NMOS管Q1的漏极与DSG引脚相连接；所述NMOS管Q1的源极与放电MOS管QD的源极相连接；所述稳压管Z1并联在第二分压电阻R2两端；所述电容C1短接在NMOS管Q1的漏、源极两端；所述二极管D1和第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联在负载端正极PACK+和负载端负极PACK-之间。
在上述方案中，R1和R2分压电阻为Q1提供导通电压，当PACK-到PACK+的电压经过分压后，若R2的电压足够驱动Q1的导通，那么放电MOS管QD的栅极和源极就会被短接在一起，加速放电MOS管QD的关断，降低损耗。与此同时，虽然加速关断电路因为快速拉低了GS之间的电压QD而产生了一个很高的DS尖峰，但是我们可以通过调整R3阻值的大小进而调整对于C1的放电速度，最终决定DS尖峰的大小。调整规律为：R3阻值越大，DS的尖峰就越小；
所述续流电路包括负载RLOAD和二极管D2；
所述负载RLOAD为理想化为感性负载；
所述二极管D2反向并联在负载RLOAD的两端；
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明能够解决在短路瞬间，电路中的感性负载和其他寄生电感等受瞬间关断影响而产生负压进而导致MOSFET不能完全关断的现象。同时，本电路设计简单且易于实现。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种防止短路电流损坏MOSFET的电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种防止短路电流损坏MOSFET的电路，该电路包括AFE前端电路、加速关断电路以及续流电路；
所述AFE前端电路用于处理电池组的模拟信号和数字信号，对模拟信号进行采集和转换，对数字信号进行滤波和信号处理，同时实时监测和保护电池状态；所述加速关断电路用于短接MOSFET的栅极和源极，快速关断MOSFET；所述续流电路用于在MOSFET关断瞬间将原先流经负载的电流转移到电源端；
所述AFE前端电路与所述加速关断电路相连接；所述加速关断电路与所述续流电路相连接；
所述AFE前端电路包括AFE前端、电阻RC、电阻RD、充电MOS管QC以及放电MOS管QD；
所述AFE前端具有VDD引脚、VSS引脚、CHG引脚以及DSG引脚；
所述AFE前端通过VDD引脚连接电池组的正极，通过CHG引脚连接充电MOS管QC，通过DSG引脚连接放电MOS管QD，通过VSS引脚连接电池组的负极并接地；所述电阻RC并联在充电MOS管QC上；所述电阻RD并联在放电MOS管QD上；
所述加速关断电路包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、电阻R3、NMOS管Q1、二极管D1、稳压管Z1以及电容C1；
所述电阻R3用于调整C1的放电速度；R1和R2需要在实际应用中根据MOS管的类型等，挑选合适的参数；
所述NMOS管Q1的漏极串联电阻R3；所述NMOS管Q1的漏极与DSG引脚相连接；所述NMOS管Q1的源极与放电MOS管QD的源极相连接；所述稳压管Z1并联在第二分压电阻R2两端；所述电容C1短接在NMOS管Q1的漏、源极两端；所述二极管D1和第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联在负载端正极PACK+和负载端负极PACK-之间。
所述续流电路包括负载RLOAD和二极管D2；
所述负载RLOAD为理想化为感性负载；
所述二极管D2反向并联在负载RLOAD的两端；
在本实施例中：
对于电阻RC和电阻RD来说，其大小均取10k。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种防止短路电流损害MOSFET的电路，其特征在于：该电路包括AFE前端电路、加速关断电路以及续流电路；
所述AFE前端电路用于处理电池组的模拟信号和数字信号，对模拟信号进行采集和转换，对数字信号进行滤波和信号处理，同时实时监测和保护电池状态；所述加速关断电路用于短接MOSFET的栅极和源极，快速关断MOSFET；所述续流电路用于在MOSFET关断瞬间将原先流经负载的电流转移到电源端；
所述AFE前端电路与所述加速关断电路相连接；所述加速关断电路与所述续流电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种防止短路电流损害MOSFET的电路，其特征在于：所述AFE前端电路包括AFE前端、电阻RC、电阻RD、充电MOS管QC以及放电MOS管QD；
所述AFE前端具有VDD引脚、VSS引脚、CHG引脚以及DSG引脚；
所述AFE前端通过VDD引脚连接电池组的正极，通过CHG引脚连接充电MOS管QC，通过DSG引脚连接放电MOS管QD，通过VSS引脚连接电池组的负极并接地；所述电阻RC并联在充电MOS管QC上；所述电阻RD并联在放电MOS管QD上。
3.根据权利要求1所述的一种防止短路电流损害MOSFET的电路，其特征在于：所述加速关断电路包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、电阻R3、NMOS管Q1、二极管D1、稳压管Z1以及电容C1；
所述电阻R3用于调整C1的放电速度；
所述NMOS管Q1的漏极串联电阻R3；所述NMOS管Q1的漏极与DSG引脚相连接；所述NMOS管Q1的源极与放电MOS管QD的源极相连接；所述稳压管Z1并联在第二分压电阻R2两端；所述电容C1短接在NMOS管Q1的漏、源极两端；所述二极管D1和第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联在负载端正极PACK+和负载端负极PACK-之间。
4.根据权利要求1所述的一种防止短路电流损害MOSFET的电路，其特征在于：所述续流电路包括负载RLOAD和二极管D2；
所述负载RLOAD为理想化为感性负载；
所述二极管D2反向并联在负载RLOAD的两端。
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