Estoy diseñando un circuito alimentado por batería en el que un MOSFET de potencia, controlado por una MCU ATtiny85, conmuta una carga resistiva (muy, muy baja frecuencia). La batería es Li-Ion, completamente cargada a 4.2V. La corriente de carga máxima es de aproximadamente 16A. Los bienes raíces de la Junta son realmente limitados, por lo que estoy tratando de mantener el número de componentes al mínimo. Necesito protección contra sobrecorriente, sobrecarga y polaridad inversa. Manejo los dos primeros directamente en la MCU (con referencia interna calibrada) para reducir el tamaño de la placa: la sobrecorriente se detecta sobre el ADC diferencial desde una resistencia de derivación, y la sobrecarga se mide leyendo la referencia interna y calculando nuevamente la tensión de alimentación. Esta es la parte relevante del esquema (GATE / SCK es la salida de MCU, la carga resistiva está entre + V y LOAD_GND):
El problema surge con la protección de polaridad inversa. Necesito entregar tanto voltaje como sea posible a la carga, disminuyendo a lo sumo 50 mV (elegí un MOSFET PSMN0R9-25YLC, que tiene 1mOhm Rds, es decir, 16mV @ 16A). Por supuesto, incluso una serie de diodos Schottky cae demasiado, además de que tiene que soportar la corriente de carga (= más grande, y el tamaño de la placa es importante). Normalmente hago esto con otro MOSFET para interrumpir la línea eléctrica en función de la polaridad. Pero en este tablero, agregar otro MOSFET es un problema, debido a su tamaño.
Por otro lado, puedo soportar la caída de un diodo Schottky en el suministro de MCU, ya que se reducirá a 1,8 V en el reloj en el que lo programé y la protección de sobrecarga evitará que la batería caiga por debajo de 2,7 V más o menos. Pensé en proteger la MCU con un diodo y dejar el MOSFET sin protección, ya que puede soportar -20V. El problema con esto es que, una vez que se invierte la polaridad, no se producirá ningún daño, pero la carga siempre se alimentará a través del diodo del cuerpo MOSFET.
Así que aquí viene la pregunta: ¿alguien sabe de una solución creativa para proteger este circuito que cae a lo más 50mV @ 16A y usa muy poco espacio en la placa? Para aclarar cuánto espacio hay disponible, probablemente pueda obtener otro PSMN0R9 allí, pero estaría realmente abarrotado y preferiría una solución más pequeña. El costo no es un gran problema.
ACTUALIZACIÓN: algunas cosas que pueden no estar claras y a las que respondí en los comentarios:
- No hay cargador involucrado. La batería es una 18500 o 26650 extraíble por el usuario. El usuario la cargará con un cargador externo separado.
- El circuito ya es de 3mOhm, pero puedo soltar la derivación (R1) a 1mOhm sacrificando cierta precisión en la protección contra sobrecorriente.
- La carga es puramente resistiva. La protección contra polaridad inversa es necesaria en caso de que el usuario inserte incorrectamente la batería (ya que el factor de forma de la batería lo hace posible).