ترانزیستورهای MOSFET در سیستم‌های مدیریت باتری خودروهای الکتریکی: عملکرد اصلی و بینش در انتخاب

این مقاله به تشریح سناریوهای کاربردی و انتخاب پارامترهای ترانزیستورهای MOSFET در سیستم‌های BMS می‌پردازد که شامل کنترل پیش‌شارژ، حفاظت از باتری و نیازهای سوئیچینگ با فرکانس بالا می‌شود. این محتوا مناسب سازندگان خودروهای الکتریکی (EV OEMs) و یکپارچه‌سازان ماژول است.

الف. زمینه: رشد خودروهای الکتریکی و پیشرفت در قطعات توان

با رشد سریع بازار جهانی خودروهای الکتریکی (EV)، به‌ویژه در چین، اروپا و آمریکای شمالی، سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) به زیرسیستم‌های حیاتی تبدیل شده‌اند. این امر استانداردهای بالاتری را در عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه‌های نیمهرسانای توانی ایجاد کرده است.

ترانزیستورهای MOSFET (ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی-نیمه‌هادی) به دلیل سرعت بالای سوئیچینگ، مقاومت کم RDS(on) و عملکرد عالی حرارتی، به طور فزاینده‌ای در سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) استفاده می‌شوند—که این ویژگی‌ها آن‌ها را برای کنترل جریان، پیش‌شارژ و حفاظت از باتری ایده‌آل می‌کند.

II. کاربردهای کلیدی MOSFETها در BMS

1. کنترل مسیر شارژ و دشارژ

از MOSFETها معمولاً به عنوان کلیدهای اصلی مدار برای مدیریت مسیرهای شارژ و دشارژ استفاده می‌شود. دستگاه‌های N-کانال با توانایی هدایت قوی، برای پیکربندی‌های ولتاژ بالا یا ولتاژ پایین ایده‌آل هستند.

مدل‌های پیشنهادی مانند Infineon IRF1405PBF و ON Semi NVMFS5C442NL دارای RDS(on) کم و قابلیت اطمینان مناسب برای خودروهای صنعتی هستند.

2. حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ، اضافه‌جریان و اتصال کوتاه

MOSFETها همراه با آی‌سی‌های تشخیص، مدارهای حفاظتی را تشکیل می‌دهند که در شرایط غیرعادی به سرعت قطع می‌شوند تا از آسیب به باتری جلوگیری شود.

قطعاتی مانند TI CSD18510KCS و Vishay Si7336ADP دارای ولتاژ شکست بالا و توانایی موثر در پراکندگی حرارتی هستند.

3. کنترل مدار پیش‌شارژ

مدارهای پیش‌شارژ جریان ورودی به خازن‌های بزرگ را کنترل می‌کنند تا از جریان ضربه‌ای در هنگام راه‌اندازی جلوگیری شود. ماسفت‌ها مسیرهای سوئیچینگی نرم و ایمن را فراهم می‌آورند.

STP75NF75 شرکت ST و R6020ENX شرکت ROHM به دلیل تحمل ولتاژ و عملکرد سوئیچینگ بالایشان به طور گسترده استفاده می‌شوند.

III. پارامترهای کلیدی و راهنمای انتخاب

پارامتر	تعریف	توصیه
VDSS	ولتاژ تحملی درین-سورس	بیشتر از 1.3 برابر ولتاژ حداکثر سیستم
Id	جریان حداکثر درین	برآوردن جریان پیک عملیاتی واقعی
RDS(on)	مقاومت روشن	هرچه پایین‌تر باشد بهتر است، مصرف برق و تولید گرما کاهش می‌یابد
Qg	بار گیت	هرچه اندازه کوچک‌تر باشد، سرعت سوئیچینگ بالاتر و کنترل ساده‌تر است.
بسته	TO-220, DFN, SOP, و غیره	ترکیب انتخاب چیدمان فضایی و دفع گرما

IV. مطالعه موردی: استقرار MOSFET در پلتفرم BMS خودروهای الکتریکی 400 ولتی

در یک پروژه SUV متوسط اروپایی، سیستم BMS نیازمند یک MOSFET بود که بتواند جریان پیوسته 20 آمپری را تحمل کند و در عین حال تحمل ولتاژ مناسب، پایداری حرارتی و انطباق با استانداردهای EMC را تضمین کند.

راه‌حل انتخاب‌شده — PSMN2R8-80BS از نکسپریا — دارای مقاومت RDS(on) پایین 5 میلی‌اهم و بسته‌بندی D2PAK برای دفع بهینه‌شده گرما و سهولت در مونتاژ بود.

V. خدمات و تأمین یک‌پارچه ما برای MOSFET

ما محصولات MOSFET از برندهای برتر زیر را موجود و توزیع می‌کنیم:

● اینفاینون

● او ان سمیکانداکتور

● تگزاس اینسترومنتز (TI)

● اس تی مایکروالکترونیکس

● روهم

● نکسپریا

ما ارائه می‌دهیم:

● قطعات خودرویی درجه‌بندی شده AEC-Q101

● پرداخت چندارزشی