Una forma común de atenuar el riesgo  de eventos destructivos es colocar los MOSFET en las rutas de carga y descarga que pueden cortar la conexión eléctrica entre la batería y el resto de los componentes electrónicos en el circuito final, cuando el voltaje de la batería se considera fuera de rango seguro designado, o el IC detecta una sobretensión durante la carga o descarga como en el siguiente circuito simplificado de protección de batería de ion de celda individual.


mosfet

Debido a que esta no es una aplicación de conmutación rápida, realmente solo debe contemplar las pérdidas de conducción en el peor escenario, lo que hace que los criterios de selección del MOSFET sean similares a los del interruptor de carga. Pero hay algunas consideraciones únicas que justifican una discusión por separado para resaltar las advertencias que son específicas para la protección de la batería.

Debido a que un MOSFET de protección de batería se ha mejorado completamente y la conducción continua de la corriente, o completamente apagado para desconectar el voltaje de la batería del resto de la electrónica, se puede descuidar los parámetros de conmutación cuando se consideran FET para esta aplicación. En cambio, al igual que cuando se seleccionan los FET de interruptor de carga en función de su capacidad de manejo de corriente, la resistencia y el tipo de paquete son las dos consideraciones más importantes. Con esto en mente, tiene sentido descomponer la protección de la batería en tres niveles de corrientes que requieren diferentes tipos de equipos finales y analizar el tipo de FET utilizados para cada uno.

En el primer nivel, hay dispositivos electrónicos personales de baja potencia que funcionan con una o dos celdas de batería, como teléfonos celulares, tabletas, relojes inteligentes o rastreadores de salud personales. La cantidad de corriente que consumen estos dispositivos durante la carga y descarga puede ser tan alta como unos pocos amperes o tan baja como unos pocos cientos de miliamperes. No es ningún secreto que los diseñadores de electrónica personal están constantemente tratando de reducir el tamaño (y peso) de su producto con cada generación que pasa, por lo que seleccionan FET para protección de la batería basándose en el criterio de ser lo más pequeños posible y al mismo tiempo ser capaces de manejar el máximo corrientes de carga y descarga. A veces, esto significa que un dispositivo a escala de chip como el MOSFET de canal N FemtoFET ™ es una buena opción.

Debido a que los FET a menudo se colocan espalda contra espalda en estas aplicaciones, bloqueando tanto la ruta de carga como la de descarga, a veces la integración de ambos dispositivos en un solo paquete en una configuración de drenaje común es la solución más eficiente  TI tiene una serie de dispositivos integrados de respaldo, disponibles tanto en paquetes de escala de chip como en pequeños paquetes de plástico SON3x3 sin plomo cuádruples (QFN), como en el siguiente esquema de un FET con drenaje común integrado en un solo paquete

Circuito mosfet

El segundo nivel de los dispositivos alimentados por batería son las herramientas eléctricas inalámbricas de mano multicelda, como taladros, podadoras, sierras pequeñas y electrodomésticos como aspiradoras robóticas. Estos dispositivos aún pueden ser sensibles al tamaño, pero cargan sus baterías a corrientes considerablemente más altas, generalmente superiores a 10A. Como tal, los diseñadores generalmente usan la resistencia más baja D2PAK, TO-220 o en algunos casos paquetes QFN. Es posible, cuando sea necesario, usar múltiples dispositivos en paralelo, particularmente para herramientas más grandes como motosierras y cortasetos, pero mantener la cantidad de FET al mínimo para mantener un factor de forma pequeño sigue siendo importante. Al igual que los FET de control de motor, el dispositivo de menor resistencia en un paquete dado generalmente es preferible; de lo contrario, seleccionaría un paquete más pequeño.

Las aplicaciones cargadas con batería de tercera potencia de la más alta categoría son vehículos electrónicos como bicicletas eléctricas, e-scooters e incluso autos y autobuses eléctricos. En este punto, los niveles de corriente y potencia pueden ser masivos (cientos de amperios, varios kilovatios de potencia), y realmente no hay forma de conectar en paralelo múltiples FET para la ruta de carga y descarga. He visto diseñadores en paralelo docenas de FET en tableros masivos, generalmente usando D2PAKs, TO-220s montados en disipadores de calor u otros dispositivos empaquetados térmicamente mejorados. A excepción de las bicicletas electrónicas de diseño más pequeño, el tamaño es un problema menos frecuente y la capacidad de manejo actual es el nombre del juego. Una vez más, esto significa seleccionar solo los FET de menor resistencia. El número de FET requerido es una función de la resistencia, la temperatura ambiente máxima y la impedancia térmica de la placa y el sistema como un agujero. Si bien los cálculos retrospectivos pueden ponerlo en el estadio de béisbol, concretar el número de FET necesarios generalmente requerirá algunas simulaciones térmicas rigurosas.

La siguiente figura son docenas de FET D2PAK en paralelo en una PCB grande para carga y descarga de la batería de un vehículo electrónico.

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