[参考译文] BQ76952：BQ76952：BMS 设计评论

尊敬的 Max：

30个 FET 是很多 FET。 UCC27524DR 是一款功能强大的驱动器、但您可能会从有关该产品的专家那里获得意见、我将了解他们是否可以查看。  您应该看到 FET 对并行运行的响应程度。  由于许多栅极电阻器并联、您可能需要在布线时小心、由于驱动器的电阻较低(R87)、因此您可能希望各个栅极电阻器较小(R6、R18、R27等)、 这对于在高频下具有低直流电阻和高阻抗以避免振荡的磁珠而言可能是一个很好的应用。

基本拓扑与应用手册类似、因此除了组件选择、布局和负载差异外、它的功能应类似。  在充电电路上、Q48基极电流峰值仅约为12uA、因此关断速度可能较慢。  R79可能需要小得多、可能是 R83。  对于许多 FET、隔离式驱动器可能具有更好的性能、很明显 、这是更多的电路、但要考虑您的应用所需的条件。

TPS61040DBVR 电路标有"降压 DC/DC "、但它是一个升压转换器、似乎根据数据表进行了连接。  我对该器件没有任何经验、如果您在论坛上对特定器件型号有任何疑问、请提问。

请注意、BQ76952的 SRP 和 SRN 线路范围有限。  对于不同的电路板和高电流、应确保 SENSE 引脚保持在限制范围内、以避免复位。

感谢您的详细快速回复。  

1) 1)是的、这是我尝试检查的结果、包括 R87的正确值、因为它是从猜测中获取的。 关于铁氧体磁珠-您是否会推荐规格、甚至推荐一些合适的模型作为参考？ 我是否应该将此问题发布到其他主题、以便与 MOSFET 驱动领域的专家一起查看？  

2) 2)在哪里可以阅读有关建议的隔离式驱动器电路的更多信息？ 如果我们保留电流电路、您对 R79和 R83值的建议是什么？

3) 3)这是文本错误。 很抱歉、这是一个问题。  

4) 4)电阻器是使用建议的公式计算的、但我一定会检查这一点。  

尊敬的 Max：

使用一个驱动器可驱动很多 FET ...  以下是需要考虑的事项：

1) 1) 这些 FET 的开关最大速度是多少？

2) 2) 其中一个 FET 的栅极电荷或总栅极电容是多少？

然后、您还可以使用数据表中的公式计算耗散的功率。

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我们还推出了下一代驱动器、这些驱动器刚刚发布用于样片、将在今年晚些时候推出。

我们有单通道10A/10A 拉电流/灌电流(UCC27614)和 UCC27254 (UCC27624) 5A/5A 的更新版本。  这些新驱动器具有更高的负电压处理能力、高反向电流处理能力以及30V VDD 的大量瞬态余量。

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如果您有任何其他问题、请告诉我。

谢谢、

Aaron Grgurich

您好、Aaron、  

1)应尽可能快。 我们将需要在极高的电流(>2000A)下关闭电源开关、因此使其快速运行至关重要、因此 MOSFET 不会损坏。  UCC27524具有6-7nS 的转换时间、因此这大约是市场上最快的芯片。 您是否会根据经验向我们提供有关此方面的任何建议？  

2) 2)我们正在测试多个 MOS、您可以在附件中找到数据表。  TDM3742 、AOB280L、 HSH8004。 平均总栅极电荷约为80nC。  

一旦发布了更多可用模式并有库存、我们将乐意更换驱动器 IC。  

谢谢！

e2e.ti.com/.../1912111437_5F00_Techcode_2D00_Semicon_2D00_TDM3742_5F00_C380239.pdf
e2e.ti.com/.../AOB280L.pdf
e2e.ti.com/.../2005081818_5F00_HUASHUO_2D00_HSH8004_5F00_C508813.pdf

尊敬的 Max：

是的、UCC27524是市场上最快的双通道栅极驱动器之一！

为了澄清这一点、您提到的上升/下降时间是使用1.8nF 电容负载指定的。

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使用电容器公式： C = Q/V

Q =(80nC)*(30个 FET)  

V = 12V

-->  C=200nF

两个驱动器通道中的每个通道上都有大约200nF 的负载。

对于该容性负载、您将具有相当大的上升时间。  等效并联电阻约为1.6欧姆。

因此、您的 RC 时间常数将约为320ns。

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您对 FET 导通/关断时间有要求吗？

它们是否会以任何显著频率进行开关？

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根据您的要求、您可能需要考虑使用额外的驱动器或每组 FET 两个。  

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我期待再次听到！

谢谢、

Aaron Grgurich

您好、 Aaron、

感谢详细的解释。

在我们的 BMS 中、99.99%的时间会使 FET 两侧都保持断开状态、并且仅在非常后方的情况下、它会关闭它们以保护负载或电池。 这样、除了将关闭 FET 的单个脉冲外、它不会使用任何 PWM 和开关信号。

关于开通/关断时间-我们没有任何特定的值、但您可能会建议我们应该具有什么(您的粗略估算)？ 如前所述、开关应在2kA 负载下关闭、系统中没有大型散热器。

您能否向我们展示如何在每侧使用两个驱动器？ (共4件)

谢谢！  

尊敬的 Max：

好的、我假设 FET 不需要以任何显著频率进行开关、因此这是有道理的(根据应用)。

在我们执行该路线之前、我有点困惑、您是否使用 UCC27524来驱动每个 FET 组？

此外、我对原理图有点困惑、并有一些问题：

1) 1) OUTA 是否驱动一组 FET、OUTB 是否驱动另一组 FET (或者您是否仅使用驱动器驱动右侧？)？

2) 2) 驱动器参考的 GND 是否与 FET (其源极)相同？  需要这样才能使 FET 上的适当 V_GS 导通和关断。

3) 3) 您是否有关于保护启动所需的速度的规格(这将使我们很好地了解 FET 的开启/关闭速度)？

4) 您可以将输入连接在一起(布线必须尽可能靠近驱动器连接、以便同时导通)、然后输出可以连接到偶数数量的 MOSFET 栅极(例如、每通道15个 FET)。  您还可以考虑使用 UCC27614或 UCC27322等更高电流的单通道驱动器、然后将单独驱动器的输入连接在一起。  因此、确保所有布线都非常接近相同的长度可能很重要。

我期待再次听到您的声音、谢谢！

Aaron Grgurich

您好、Aaron、  

目前、我们  在两个组中都只使用了一个 UCC27524、正如  SLUAA84文档中建议的那样、但我现在知道我们使用了更多的 FET、因此我们需要使用更多的驱动器来实现更快的开关速度以及足够的功能。  

请在下面找到相应的答案：

1)是的、OUTA 驱动放电 FET、OUTB 驱动充电 FET。 两组(组)一个驱动程序。  
2) GND 连接到"PACK_NEG"(R49跳线)线路、该线路连接到充电组的电源。 放电组的源端连接到输出端、但 FET 断开后、它与 GND 线相同。  
3) 3)我们的系统将在3.3ms 内检测短路、因此理想情况 下、我们需要对 FET 关闭做出即时反应。 在每组上使用2个驱动器 IC 可实现多长时间？  请参阅下一个答案、因为我认为我们将改用建议的单通道驱动器。  
4) 4)这是一个很棒的建议。 我们可能会在每组配置2中使用 UCC27614 (甚至是建议的连接)。 您使用此配置和驱动器 IC 估算的开关时间是多少？ 如果您能分享计算结果、我们将不胜感激、因此下次我们自己进行数学运算。  


谢谢！

Aaron、  

我还有一个问题是电源功能。  

如何确保我们的12V 电源足以配置4x UCC27614 驱动器？  您能否解释一下如何验证我们是否能够提供足够的功率、就好像我们使用7.5A 电流驱动 FET 一样、它需要30A 的总电流、这似乎是疯了吗？ 同一个 SLUAA84示例使用一个仅提供50mA 输出的12x FET + TPS7A4001稳压器、因此我对如何为开关 FET 提供足够的电流感到困惑。  

很抱歉这个愚蠢的问题、但我从未使用过高功率 FET 电路、因此我想完全了解这种情况。  

我们的设置具有1.6欧姆的总栅极电阻(每个15个 FET 为3.2欧姆)。 因此、最大电流应为12V/1.6R = 每组7.5A、不是吗？  

此外、有人建议使用铁氧体磁珠而不是电阻器。 我想了解使用 FB 而不是电阻器可以获得哪些优势。  

提前感谢您。  

您好、Aaron、

感谢这些文档-它们提供了非常丰富的信息。 我现在正在进行数学计算、但有一个非常简单的问题-在极高的电流下定义开/关 FET 时、有什么建议？

尝试了解在 FET 承载高电流(2kA)时关闭 FET 是否可能损坏 FET？

在特定电流下关闭 FET 是否有经验法则？ 或者、或许可以简单地解释一下这一点吗？

假设我可以设计一个电路、该电路可以在50ns 的最小时间切换 FET、但我应该在我的电流下继续这一步、否则最好将其增加到500ns 并使设计更可靠？

我之所以进行此检查、是因为我们当前的 OEM BMS 设计在 FET 以高电流进入关断状态(保护模式)时、有时会在 FET 烧坏时发生故障。

提前感谢！  

Aaron、  

谢谢。  此外、我无法找到找到找到两个规格的明确答案：峰值栅极电流和外部栅极电阻。  

假设我们希望获得大约150ns 的开通/关断时间、那么我们有一个基本公式、将显示 Vgs 从0到12V 的完整转换的平均电流：

- CG = 74nC  
- FET = 15pcs (讨论的偶数拓扑)

I_avg = 1110nC / 150ns = 7.4A  

 计算所需外部电阻的最佳方法是什么？ 由于这是平均电流、VG 也具有非线性形状、因此我对 R_ext 的公式看起来有点困惑  

下一个问题是、一旦我有了 R_ext、我们就可以检查我们需要从驱动器中拉出的峰值栅极电流。 我相信这将是一个简单的公式、如下所示：  

I_pk = Vgs /(R_on + R_ext + R_g_int)、其中
- R_on 是否是驱动器 的上拉电阻(我认为可以省略、因为 UCC27614的上拉电阻没有值？  请参阅"7.3.4输出级"数据表部分)
- R_ext 是外部栅极电阻(待定义)  
- R_INT 是 FET 栅极电阻(根据数据表为1.3 Ω)  

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下面是我的计算和想法。 请告诉我、我的思维方向是否正确。  

我们可以从一端到另一端执行此操作。 我希望在 FET 组的每一半使用两个 UCC27614。 因此、它将我们限制在20A (每个 IC 10A)。  让我们留出一些空间、因此为了安全起见、请使用18A。  

这可以为我们提供所需的总电阻12V/18A = 0.67欧姆。 如果我们不对 R_on 和 R_int 进行计数、则 R_ext 大约应为10欧姆。  

应该如何选择它？  

谢谢！  

尊敬的 Max：

请给我们一些时间来查看最新信息/问题。 我们将在下周初为您提供最新信息。

此致、

Andy Robles

您好、Aaron、

I_pk。 谢谢！

关于电阻-计算是针对组/2、因此是针对15x FET。

有几个新问题：

1) 1)"sluaa84"文档建议在 CHG 信号关闭时使用一个阻止电路、以使栅极电压变为负值。 例如、"Figure 5-9"具有一个 Q3电路、该电路将在0.12A 电流下关断 CHG FET。 使用我的 FET 设置(1110nC)、它将在大约9.2us (1110nC/0.12A)时关闭。

我认为这种电路应该用于 CHG FET、这是正确的吗？ 此外、如果我进行了正确的计算、那么这么长的关断时间是否合适、我并不是很清楚。 请告诉我您的建议。

2) 2)我使用9.1欧姆栅极电阻、以实现60ns 导通/关断时间。 这需要18.5A (1110nC/60ns)的峰值电流、我正在考虑合适的直流/直流解决方案、该解决方案将提供足够的功率。 对此有任何建议吗？ 瓶颈在于、我们的 BMS 应在9V 至70V 的电压下工作、这需要降压/升压拓扑。 非常感谢您对电源稳压器理念的建议。

我记得、在非常短的时间(0.5-1us)内需要该峰值电流、但仍然不清楚如何选择能够为这些尖峰提供稳定输出的直流/直流。

谢谢！

尊敬的 Max：

这些问题更多地面向我们的 BMS 团队、因此我将让他们在这里为您提供帮助。

谢谢！

Aaron Grgurich

尊敬的 Max：

充电 FET 栅极必须能够跟随源极、以便在有充电器的情况下使 FET 保持关断状态。  使用 sluaa84图5-9的原理图、请参阅图5-11中所示的关断。  当 PACK-低于 GND 时、栅极也必须低于 GND。  阻断 P 沟道 FET 是一种使用 GND 基准驱动器实现这一目的的简单方法。  在许多系统中、由于相对于放电电流、充电电流很小、因此这种情况很好。  但系统各不相同、您将了解自己的要求。  如果您具有大的充电电流、您可能需要快速关闭以进行充电。   您可能需要隔离式驱动 器、如图2-5所示的方法。 隔离式驱动器。

2.对于 BMS、FET 通常不会频繁开关。  快速开关尖峰的电流通常来自电源的电容器、因此电容器的 ESR 必须很小、驱动器的电阻和栅极的电阻也必须很小、以便获得所需的高电流。 为电容器充电的稳压器可能很慢、当然足够快、以便在电容器产生较大的尖峰后为驱动器保持足够的电压、但对于稳压器、您应该有很多选择。  我没有特定要求、您可能会在 www.ti.com/dcdc 上看到选项。  亚伦或我将会有不同的专家组  BMS 和快速开关的一个注意事项是、电池系统的几何形状相当大、高电流快速开关可能会导致较大的电感电压尖峰、这会给系统中的许多部件带来压力。 快速开关可能正是您所需要的、但请务必考虑电感响应。

美好的一天！

我们几乎已经完成了我想与您分享的原理图、但您的回答以及 Aaron 的回答中又出现了一个问题-在高电流快速关闭 FET 时、保护设计免受此类电感电压尖峰影响的最佳方法是什么？  

提前感谢您！  

尊敬 的 WM5295 和 Aaron Grgurich！  

在我们的所有讨论之后、我要首先为电源板附加一个更新的设计、其中主要是设计 FET 电路。 由于空间非常有限、我必须更改计划并在每个 FET 侧使用四个连接在一起的单个驱动器、以获得37A 峰值电流能力。 这些驱动器将位于逻辑板上。 电源板和逻辑板都与接头堆叠在一起。

请先告诉我您对电源板的看法、然后我可以发送更新的逻辑设计进行验证。

对于此电源电路、除了常规电路审查之外、我还想检查作为注释放置的所有注释和电路逻辑是否都正确。  

提前感谢您！
e2e.ti.com/.../PWR_5F00_REV1.2_5F00_SCH.PDF

WM5295Aaron Grgurich

只需检查一下大家是否收到了我在这个主题中的最后一条消息、因为我这次没有收到系统通知、因为我以前收到过其他消息。  

谢谢！

尊敬的 Max：

希望 WM5295 能在本周结束前返回给您。

否则、我想我们在这一点上已经为您提供了大量的方向。  您最终使用了什么驱动程序？

谢谢、

Aaron Grgurich

谢谢 Aaron。  

UCC27614 看起来是一个完美的选择。  

尊敬的 Max：

对于一个电池、一般电路结构看起来不错。 系统设计中存在许多折衷、可能会导致某处折衷。  

由于您需要快速切换 BMS 承受的 V = L x di/dt 产生的电压、因此电路需要考虑上述其中一个博文中提到的问题。  如您所述、拆分多个电路板上的电路对于系统限制而言无疑是必需的。  为了实现快速开关、应最大限度地减小栅极环路的电感、相同的 V = L x di/dt 将应用于栅极驱动电路。  通过在驱动器靠近 FET 的情况下实现紧凑的栅极环路、可实现更快的开关速度。  

有关注释的一些一般性意见：59V VDS 的 FET 选择计算似乎是最小静态电流。  在选择 FET 时、您需要为放电 FET 提供反向充电器电压、如 FET 状态块中所述、至少为放电 FET 提供反向充电器电压。

如果充电器未通电、R104将使放电 FET 保持关断状态。  当 FET 导通时、它将消耗静态电流。 当驱动器关断时、驱动器应关断 FET、因此如果需要保持低电流、R104的值可能相对较大。

同样、当驱动器关断时、R103将保持电荷 FET 关断、并在 Q54关断后使栅极放电。  再说一次、它可能是一个中值到大值。

R87为 Q54提供基极电流、以关闭充电 FET。  Q54将使用其 HFE 运行。  如果 HFE 为100、则需要16mA 的基极电流才能获得1.6A 电流。  为您使用的晶体管的 HFE 选择合适的 R87值。  R87可能是针对您的充电关闭进行优化的关键值。