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BMS上的稳压二极管应用场合介绍

来源:新能源汽车网
时间:2020-08-23 18:43:15
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BMS上的稳压二极管应用场合介绍最近遇到了稳压二极管漏电流偏大的案例,问题还在持续分析中,借助这个由头,总结下稳压二极管方面的基础知识。(图片来源于VISHAY官网)稳压二极管的工

最近遇到了稳压二极管漏电流偏大的案例,问题还在持续分析中,借助这个由头,总结下稳压二极管方面的基础知识。(图片来源于VISHAY官网)

稳压二极管的工作原理

定义:稳压二极管,英文名称Zener diode,又叫齐纳二极管;稳压二极管是二极管中的一种,由硅材料制成,也是一个PN结,但是由于制造工艺不同,当这种PN结处于反向击穿状态时,PN结不会损坏,并且当电流在一定范围变化时,稳压值几乎不变;稳压二极管就是利用这种反向击穿特性。(图片来源于VISHAY官网)

进一步地,稳压值在4V以下的管子属于齐纳击穿(可恢复),为负温度系数;而稳压值在7V以上的管子属于雪崩击穿(也可恢复),为正温度系数;4V~7V之间的稳压管,温度系数非常小,齐纳击穿与雪崩击穿可能都存在;稳压管在正向导通时为负温度系数。(关于电压划分的边界值,说法并不统一,有5V的、有6V的,不过基本都很接近)

下图为稳压管的伏安曲线,可以分为4个区域。

正向导通区域与普通二极管特性相同,PN结正向偏置。

当施加反向电压在稳压管两端,电压VR由0逐渐增大,就进入了截止区域,这个区域中稳压管不工作,会存在很小的漏电流IR。

当反向电压增加到VBR后,稳压管的漏电流开始迅速增大,稳压管开始进入了击穿区域;反向电压达到VZ后,即使大幅度增加反向电流(从IZT到IZM),稳压值却变化很小(VZ到VZM),这个就是我们想要的稳压状态。

继续增大反向电压超过VZM后,稳压管上面的功率会出现超出最大限制值,进而结温过高而烧毁。

上面是科普文章中都会介绍的基本原理,在BMS中主要有如下几个地方应用稳压管。

BMS上面应用稳压管的地方

电压基准源

例如大家熟悉的ADR504X系列,基本原理就是稳压管击穿后稳压。

需要注意的是,这里的应用场景需要稳压管持续工作在击穿状态,而且电压变化不能很大,以提供一个几乎恒定的基准电压,这就要求ADR504X工作在一定的电流区间内(50uA~15mA),电流太大了会烧毁稳压管;电流太小了电压值不稳定,稍微电流值有点变化,就会导致稳压值跳动;而且还要考虑负载的大小以及外部供电电压的大小,折中选取一个符合要求的限流电阻。

MOS管或MCU输入保护

这种用法就比较常见了,MOS管的栅极-源极之间为了防止过压而并联一个稳压管,如下图所示;在单板正常工作时这个稳压管是处在反向截止状态下的,只有出现异常浪涌电压时,稳压管才会被击穿,将栅极-源极之间电压钳位住。

还有就是主控板上单片机的AD口或IO口处,会放置一个稳压管作保护。

因为这些场景下的保护,不需要稳压管击穿后的电压多么稳定,只要不超过被保护器件的极限电压即可,所以稳压管前面的限流电阻在选取时,大小其实大家都没怎么仔细关注,有点凭感觉的哈。

AFE的输入防护电路

这个用法也是很常见的,例如ADI早期的LTC68XX系列的AFE,基本都会建议在采样通道上面并联一个稳压管,来实现热插拔的防护;这里的稳压管不仅实现了电压钳位,而且也有分流功能,让一部分本来需要从AFE内部流过的电流,而从稳压管流过,降低了内部烧毁的风险。

目前很多厂家的AFE都不需要增加这个稳压管了,而且我们从成本出发也是不想加,不过这个稳压管的防护作用是真实存在的;我之前体会过它的重要性,在某个应用下,没有这个稳压管的话,AFE就很容易热插拔烧毁,你会听到细小断裂的声音,然后就冒烟了。

总结:

最近没啥感悟,不多说了;以上所有,仅供参考。

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