BMS的放電MOS是如何過(guò)壓擊穿的？

上一篇文章中，我們講到，在BMS測(cè)試的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到MOS管燒毀的情況，引起這種損壞的原因?qū)τ贛OS管來(lái)說(shuō)，基本上都源于過(guò)流的功率損壞和過(guò)壓的擊穿。

關(guān)于過(guò)流的功率損壞，可以參考這篇文章BMS 中的放電 MOS 是怎么燒毀的？BMS 中的放電 MOS 是怎么燒毀的？

這一篇，我們聊一聊，MOS是如何被擊穿的，以及為什么BMS系統(tǒng)中會(huì)有比系統(tǒng)還要高那么多的電壓。

高壓哪來(lái)的？

要想弄清楚高壓是怎么來(lái)的，我們還得從BMS的總體電路開(kāi)始分析，先看一下整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

正常情況下，我們的BMS系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的供電回路如上圖這樣，系統(tǒng)中最高的電壓也就是電池的供電電壓，然而放點(diǎn)MOS管關(guān)斷的那一瞬間，情況就會(huì)變的很復(fù)雜。首先我們得根據(jù)實(shí)際電路找到其中的寄生參數(shù)部分，比如下圖中的幾個(gè)電感是最容易在電流突變時(shí)引起故障的。

從圖中我們可以分析到主要的三個(gè)寄生電感：

1. 電芯內(nèi)部電感，原因是電芯類似于電解電容的卷繞形式，因此存在寄生的電感。PCB 大功率走線部分存在寄生電感。外部鏈接負(fù)載的導(dǎo)線也存在寄生電感。

當(dāng)放電 MOS 管開(kāi)始動(dòng)作到完全關(guān)斷，短路電流也會(huì)從最大值減小到0，電感中的電流不能突變，因此這個(gè)變化的電流會(huì)在電感兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)來(lái)維持電流。接下來(lái)，我們看看在MOS管關(guān)斷前后的電路情況吧MOS管關(guān)斷前，大電流從MOS管流過(guò)給負(fù)載供電，負(fù)載兩端的電壓和電池兩端的電壓幾乎相同。

因?yàn)殡娏鳑](méi)有變化，或者說(shuō)變化不大，寄生電感L1和L2幾乎相當(dāng)于導(dǎo)線。下一刻，我們要關(guān)斷MOS管了。

MOS管關(guān)斷后，電感中的電流無(wú)法突變，他需要回路來(lái)維持住這個(gè)電流，此時(shí)的電感就變成了一個(gè)小的電源了，因?yàn)橹按鎯?chǔ)在電感中的能量要通過(guò)電流的流動(dòng)釋放出來(lái)，有電流流動(dòng)則必然在電感上產(chǎn)生一個(gè)電壓。所以我們可以把圖稍稍變一下。

我們?cè)谀X袋中標(biāo)記一下途中的三個(gè)電源，你會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)圖中包括電池在內(nèi)的三個(gè)電源串接在一起，整個(gè)的加在了我們的MOS管上。這么說(shuō)來(lái)，這個(gè)總電壓一定是高于我們的電池電壓的，到底高多少呢？這就要看我們的寄生電感有多少，流過(guò)的電流有多少了，因?yàn)殡姼猩系碾妷河?jì)算公式為：V = L * （di / dt）具體如何計(jì)算和測(cè)量電路中的寄生電感，可以參考下面這篇文章:【六】BMS 的保護(hù)電路設(shè)計(jì)及 MOS 管選型

我們這里先做一下理論的定性分析。對(duì)于L2這個(gè)寄生電感，主要和我們的電池正負(fù)極到BMS系統(tǒng)的引線有關(guān)，肯定是傻大黑粗的好。因?yàn)楹芏嗲闆r下，我們的BMS板子都是通過(guò)鎳片焊接在電池包上，因此這部分的寄生電感參數(shù)普遍比較小。

對(duì)于L1這個(gè)電感，他可以大到你不可想象，做電機(jī)控制的都知道，當(dāng)電機(jī)剎車的時(shí)候，負(fù)載兩端的電壓沖的非常高，如果用開(kāi)關(guān)電源調(diào)試，幾乎都能把開(kāi)關(guān)電源沖壞，所以電機(jī)一般都是要逐漸減速。如果是阻性負(fù)載，那么電路圖中的L1將會(huì)小很多，大部分是供電線引起的寄生電感，同樣的關(guān)斷電流下，VL1這個(gè)電壓也就不會(huì)很高。但是，我們關(guān)斷的時(shí)候往往是在過(guò)流保護(hù)或者短路保護(hù)的時(shí)候，因此這個(gè)電流是非常大的，這就意味著L1上的電壓降非常大，足以擊穿我們的MOS。

如何解決呢？

最簡(jiǎn)單的辦法就是讓MOS關(guān)斷的慢一點(diǎn)，這樣di/dt就會(huì)小很多，因而L1上的電壓也就會(huì)降低，但上一章節(jié)中我們也提到過(guò)，關(guān)斷的慢了會(huì)使得MOS的開(kāi)關(guān)損耗變大，依然會(huì)有損壞MOS的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)我們就像驅(qū)動(dòng)蜂鳴器一樣，給這個(gè)電感釋放情緒的一個(gè)回路就可以了。

上面這個(gè)圖連畢業(yè)生都知道原理，我這里就不過(guò)多解釋了，驅(qū)動(dòng)繼電器的電路也是類似的。到我們的BMS系統(tǒng)中，我們可以這樣設(shè)計(jì)。

相比未在 PACK輸出端增加反并二極管時(shí)的電路，由寄生電感 L1 所帶來(lái)的感應(yīng)電壓尖峰被 D1 鉗位，放電 MOS 的 Vds 應(yīng)力大幅降低，避免了放電 MOS 在短路保護(hù)時(shí)的過(guò)壓損壞。另外，我們也要注意 PCB 的布線，避免引入過(guò)大的寄生電感 L2，不然就是前面鎳片用料杠杠的，后面一窄條銅皮毀了所有啊，所以我們還是需要盡量減小由 L2 所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓 VL2。關(guān)于BMS中MOS管電壓擊穿的問(wèn)題，我們先聊到這。