本記事では、BMSシステムにおけるMOSFETの適用シナリオおよびパラメータ選定について説明しており、プリチャージ制御、バッテリー保護、高周波スイッチング要件をカバーしています。EVのOEMメーカーおよびモジュールインテグレーターに適しています。
I. 背景：EVの成長がパワーデバイスの革新を促進
中国、ヨーロッパ、北米を中心に世界の電気自動車（EV）市場が急速に拡大する中、バッテリーマネジメントシステム（BMS）は重要なサブシステムとなっています。これにより、パワーセミコンダクタデバイスに対する性能および信頼性の要求が高まっています。
MOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）は、高速スイッチング、低RDS(on)、優れた熱特性を持つため、電流制御、プリチャージ、バッテリー保護などBMSへの採用が進んでいます。
II. BMSにおけるMOSFETの主な用途
1. 充電および放電経路の制御
MOSFETは、充放電経路を制御するための主回路スイッチとして一般的に使用されます。Nチャネルデバイスは優れた導通性能を持つため、ハイサイドまたはローサイド構成に最適です。
Infineon IRF1405PBFやON Semi NVMFS5C442NLなどの推奨モデルは、低RDS(on)と自動車規格レベルの信頼性を備えています。
2. 過電圧、過電流および短絡保護
検出用ICと組み合わせることで、MOSFETは異常発生時に即座にシャットダウンする保護回路を構成し、バッテリーの損傷を防ぎます。
TI CSD18510KCSやVishay Si7336ADPなどのデバイスは、高い耐圧特性と効果的な熱放散性能を提供します。
3. プレチャージ回路制御
プレチャージ回路は、起動時のサージ電流を回避するために大容量コンデンサへの流入電流を制御します。MOSFETは、スムーズで安全なスイッチング経路を提供します。
STのSTP75NF75およびROHMのR6020ENXは、耐圧性能とスイッチング性能に優れ、広く採用されています。
III. 主要パラメータと選定ガイドライン
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パラメータ |
意味 |
推奨事項 |
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VDSS |
ドレイン-ソース間耐圧 |
最大システム電圧の1.3倍以上 |
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Id |
最大ドレイン電流 |
実際のピーク動作電流を満たすこと |
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RDS(on) |
オン抵抗 |
低いほど良い。消費電力と発熱を低減できる |
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司令部 |
ゲートチャージ |
サイズが小さいほど、スイッチング速度が速く、制御も簡単になる |
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パッケージ |
TO-220、DFN、SOPなど |
実装スペースと放熱対策を考慮して選定 |
IV. ケーススタディ：400V EV BMSプラットフォームにおけるMOSFETの展開
欧州のミッドサイズSUVプロジェクトにおいて、BMSには20Aの連続電流を処理でき、十分な電圧耐性、熱安定性およびEMC適合性を確保できるMOSFETが求められました。
採用されたソリューションであるNexperia社のPSMN2R8-80BSは、5mΩの低RDS(on)値と、放熱および実装を最適化するD2PAKパッケージを備えていました。
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