MOSFET-y w systemach zarządzania bateriami pojazdów elektrycznych: podstawowe funkcje i wskazówki dotyczące doboru

Artykuł opisuje scenariusze zastosowań oraz dobór parametrów MOSFET-ów w systemach BMS, obejmując sterowanie preładowaniem, ochronę baterii oraz wymagania związane z szybkim przełączaniem. Jest przeznaczony dla producentów OEM pojazdów elektrycznych oraz integratorów modułów.

I. Tło: Rozwój rynku EV napędza innowacje w urządzeniach mocy

Wraz z szybkim wzrostem globalnego rynku pojazdów elektrycznych (EV), szczególnie w Chinach, Europie i Ameryce Północnej, systemy zarządzania bateriami (BMS) stały się kluczowymi podsystemami. To z kolei powoduje konieczność zapewnienia wyższej wydajności i niezawodności urządzeń półprzewodnikowych mocy.

MOSFET-y (tranzystory polowe z izolowanym bramką typu metal-tlenek-półprzewodnik) są coraz częściej stosowane w systemach BMS dzięki wysokiej szybkości przełączania, niskiej wartości RDS(on) oraz doskonałej wydajności cieplnej — idealne do sterowania prądem, preładowania i ochrony akumulatorów.

II. Kluczowe zastosowania MOSFET-ów w systemach BMS

1. Sterowanie ścieżkami ładowania i rozładowania

MOSFET-y są powszechnie używane jako główne przełączniki obwodu do zarządzania ścieżkami ładowania i rozładowania. Urządzenia kanału N, ze względu na silną zdolność przewodzenia, są idealne dla konfiguracji po stronie wysokiej lub niskiej.

Zalecane modele, takie jak Infineon IRF1405PBF i ON Semi NVMFS5C442NL, oferują niską wartość RDS(on) oraz niezawodność na poziomie motoryzacyjnym.

2. Ochrona przed przepięciem, przeciążeniem i zwartym obwodem

W połączeniu z układami detekcyjnymi, MOSFET-y tworzą obwody ochronne, które natychmiastowo wyłączają się w przypadku wystąpienia stanu nietypowego, zapobiegając uszkodzeniu baterii.

Urządzenia takie jak TI CSD18510KCS i Vishay Si7336ADP charakteryzują się wysokim napięciem przebicia oraz skutecznym odprowadzaniem ciepła.

3. Sterowanie obwodem preładowania

Obwody pre-charge kontrolują prąd dopływający do dużych kondensatorów, aby uniknąć przepływu prądu udarowego podczas uruchamiania. Tranzystory MOSFET zapewniają płynne i bezpieczne ścieżki przełączania.

Elementy STP75NF75 firmy ST oraz R6020ENX firmy ROHM są powszechnie stosowane ze względu na odporność na napięcie i wydajność przełączania.

III. Kluczowe parametry i wytyczne dotyczące doboru

Parametr	Definicja	Rekomendacja
VDSS	Napięcie wytrzymywane dren-źródło	Wyższe niż 1,3-krotność maksymalnego napięcia systemu
Id	Maksymalny prąd drenu	Spełniające wartość rzeczywistego szczytowego prądu roboczego
RDS(on)	Rezystancja w stanie otwarcia	Im niższy, tym lepiej, zmniejsza zużycie energii i generowanie ciepła
Qg	Ładunek bramki	Im mniejszy rozmiar, tym szybsza prędkość przełączania i prostsza kontrola.
Opakowanie	TO-220, DFN, SOP itp.	Połączenie wyboru układu przestrzeni i odprowadzania ciepła

IV. Przypadek studium: Wdrożenie tranzystorów MOSFET na platformie BMS dla pojazdów elektrycznych 400 V

W projekcie europejskiego SUV-a klasy średniej system BMS wymagał tranzystora MOSFET zdolnego do obsługi ciągłego prądu 20 A, zapewniającego odpowiednią tolerancję napięcia, stabilność termiczną oraz zgodność z wymogami EMC.

Wybranym rozwiązaniem był tranzystor PSMN2R8-80BS firmy Nexperia, charakteryzujący się niskim oporem w stanie przewodzenia RDS(on) wynoszącym 5 mΩ oraz obudową D2PAK zoptymalizowaną pod kątem odprowadzania ciepła i montażu.

V. Nasza kompleksowa oferta dostaw i usług dotyczących tranzystorów MOSFET

Dostarczamy i dystrybuujemy tranzystory MOSFET od następujących wiodących marek:

● Infineon

● ON Semiconductor

● Texas Instruments (TI)

● STMicroelectronics

● ROHM

● Nexperia

Ofiarujemy:

● Części do zastosowań motoryzacyjnych zgodne z normą AEC-Q101

● Płatność w wielu walutach

● Kompletna dopasowana lista komponentów (BOM)