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保险丝在BMS应用中失效的两个经典案例
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保险丝在BMS应用中失效的两个经典案例

2022-03-25 11:32:51 来源:知乎Leon

案例一、 注意Fuse与MOS管电容量的匹配

某无线蓝牙音箱项目,采用TI公司-BQ28Z610锂电池管理IC,两串四并的电芯,正常工作电流5A。过流保护电流27A,延迟11mS;短路电流约100A,延迟450µS。主回路中选用一颗南京萨特科技S1206-FA-25A贴片保险丝作为二次保护,生产过程发现有Fuse异常熔断。

问题发生环节:Pack组装后,将P+和P-引线进行短路测试,发现MOSFET的一级保护没有起作用,而原本用作二级保护的Fuse则先于MOS发生了动作。

BMS电路图:

PCBA及保险丝参数

分析:用示波器+电流探头分别单独测试了Fuse(将MOS短接)和MOS(将Fuse短接)在此Pack中的短路响应时间,结果表明Fuse、MOS的单独响应时间分别约为15mS、25mS。

MOS的延迟时间25mS,远远超出IC规格书标注的450µS,并用这个响应时间比Fuse的响应时间还要长,这就是导致Fuse异常熔断的罪魁祸首。

进一步排查MOS为何延迟时间被拉长,原来是因为该IC规格书中推荐的MOS型号是TI的CSD16412Q5A,阀值电压为2V,GS极电容量为378pF。该项目把它换成了领泰LT4422EFL,阀值电压0.4V,GS极电容量为3252pF。因为领泰LT4422EFL的电容量更大,阀值电压更低,在关闭MOS(放电)时需要的时间更长。

(关于MOS管电容量的知识:MOS管是压控器件,MOS管在从关断到导通的过程是需要电流(电荷)的,原因是MOS管各极之间存在寄生电容Cgd,Cgs和Cds,MOS管导通条件是Vgs电压至少达到阈值电压Vgs(th),其通过栅极电荷对Cgs电容充电实现,当MOS管完全导通后就不需要提供电流了,即压控的意思。这三个寄生电容参数值在MOS管的规格书中一般是以Ciss,Coss和Crss形式给出,其对应关系为:Cgd=Crss;Cds=Coss-Crss;Cgs=Ciss-Crss。)

后记:对于此问题一般的解决方案是更换熔断值(i2t)更大的Fuse或更换IC规格书推荐的MOS即可,但此项目因板子已过了安规认证无法改规格,最后只能把全部已生产的板子重新写程序提高MOS的响应速度后再出货。

案例二、 注意过流保护与短路保护测试的时间间隔。

某笔记本电脑Pack项目,采用紘康HY2540锂电保护IC,短路电流54A,延迟时间为1mS。主回路中用采用一颗南京萨特S1206-S-7A的保险丝作为二级过流保护。经测试该保险丝在54A下的熔断时间约为10mS,理论上当电路发生短路时会先由IC+MOS触发一级保护,但此项目的BMS板测试时发现有部分Fuse先于MOS触发了。

PCBA及保险丝参数

分析:

用示波器抓取PCBA测试过程的电流曲线,发现原来过流保护和短路保护测试是挨着的。过流保护电流8A~11A,延迟时间63mS。在过流保护间隔320mS后立即进入短路保护测试。即,由于过流保护与短路保护测试的时间间隔太短,Fuse累积的热量没充分散去,Fuse的温度较高,大大缩短了Fuse在短路保护中的动作时间,使Fuse先于MOS产生动作。

后记:将过流保护测试与短路保护测试的时间间隔拉长至2S,就没再出现Fuse异常熔断了。

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