Принципи за защита на батерията в автомобилния фронтен енд

—— Обяснение на технологията за защита от обратна полярност

1. Какво е защита от обратна полярност?

Защитата от обратна полярност (RPP) се използва, за да предотврати повредите на системите, когато батерията е свързана обратно. Най-често се среща в автомобилните електрически системи, Системите за управление на батерии (BMS) и различни модули с нисковолтажен DC вход.
Има три основни типа нацикли за защита от обратна полярност:
- Серийен стандартен/Шотки диод
- Високоуровнев P-канал MOSFET
- Високоуровнев N-канал MOSFET

2. Основни решения за защита от обратна полярност

2.1 Метод с серийен диод

Основен принцип: Стандартен или Шотки диод се поставя в серия с позитивната питателна шина и пропуска ток само когато полярността е правилна.

Техническо сравнение:

Применение: Приложения с ниска мощност или чутливи към цената.

2.2 Решение с P-канален MOSFET (Препоръчително)

Схемна структура: P-канален усилващ MOSFET е поставен в серия с положителната питателна шина, често с Зенер диод за защита на вратата.
Принцип на работа:
- Когато е правилно свързан, телното диодно устройство на MOSFET-a пропуска тока, а терминалът Източник получава батерейно напрежение.
- Вратата е на 0В, което прави Vgs отрицателен и включва MOSFET-а.
- Зенеровият диод ограничава Vgs до неговото номинално напрежение.

Когато е обърнат: Тяловият диод е обратно полярен, MOSFET-а е изключен, веригата е прекъсната и системата е защитена.

Предимства: Екстремно ниско съпротивление при вклучване, много по-нисък потенциал за загуба на енергия отколкото у диодите. Не е нужен външен драйвер.

Применение: Често се използва в автомобилната електроника, ЕЦУ и началните части на БМС.

2.3 N-канално решение с MOSFET (Висока производителност)

Характеристики:
- Нисък Rds(on) в сравнение с P-каналните, подходящ за системи с висока токова отдача.
- Врата изисква заряден пумп или буст драйвер, за да се повиши Vgs над Източника.
При обратна връзка: Теловният диод е обратно поляризан, управлението на вратата е деактивирано и MOSFET остава изключен.
Применение: Идеален за системи с висока ефективност, като например продвинати контролери за EV.

2.4 Решения с контролери: RPP спрямо Идеален Диоден Контролер

3. Динамична против статична обратна полярност

Статична обратна полярност: Дълготрайно обратно свързване, изисква стабилна защита.
Динамична обратна полярност: Кратковременно обратно свързване, например моментно грешно вмъкване, изисква бърза реакция.

4. Механична реле защита (допълнителна)

Предимства:
- Може да издържи висок пиков ток с минимално падение на напрежението.
- Осигурява пълно прекъсване на циркуита, когато е отворен.
Недостатъци:
- Голям размер, ограничен жизнен цикъл.
- Бавен отговор, не подхождащ за често превключване.

5. Резюме и ръководство за избор