MOSFETy v systémoch riadenia batérií elektrických vozidiel: základné funkcie a poznatky o výbere

Tento článok popisuje aplikačné scenáre a výber parametrov MOSFETov v BMS systémoch, vrátane riadenia predbežného nabitia, ochrany batérie a požiadaviek na vysokofrekvenčné prepínanie. Je určený pre výrobcov EV a integrátorov modulov.

I. Pozadie: Rast trhu s elektromobilmi podnecuje inovácie v oblasti výkonových súčiastok

S rýchlym rastom globálneho trhu s elektrickými vozidlami (EV), najmä v Číne, Európe a Severnej Amerike, sa systémy riadenia batérií (BMS) stali kritickými podsystémami. To si vyžaduje vyššie štandardy výkonu a spoľahlivosti pre výkonové polovodičové súčiastky.

MOSFETy (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) sa čoraz viac používajú v BMS vďaka ich vysokým prepínacím rýchlostiam, nízkej hodnote RDS(on) a vynikajúcemu tepelnému výkonu – ideálne pre riadenie prúdu, predbežné nabíjanie a ochranu batérie.

II. Kľúčové aplikácie MOSFETov v BMS

1. Riadenie nabíjacej a vybíjacej cesty

MOSFETy sa bežne používajú ako hlavné spínače obvodu na riadenie nabíjania a vybíjania. Zariadenia s N-kanálom, ktoré majú silnú vodivostnú schopnosť, sú ideálne pre konfiguráciu na vysokej alebo nízkej strane.

Odporúčané modely, ako napríklad Infineon IRF1405PBF a ON Semi NVMFS5C442NL, ponúkajú nízku hodnotu RDS(on) a spoľahlivosť v automobilovej triede.

2. Ochrana proti prenapätiu, preťaženiu prúdom a skratu

Spolu s detekčnými integrovanými obvodmi tvoria MOSFETy ochranné obvody, ktoré okamžite vypnú pri abnormálnych podmienkach, aby zabránili poškodeniu batérie.

Zariadenia ako TI CSD18510KCS a Vishay Si7336ADP poskytujú vysoké zlyhovacie napätie a efektívny odvod tepla.

3. Riadenie obvodu predbežného nabíjania

Predpätovacie obvody riadia prúd do veľkých kondenzátorov, aby sa predišlo nárazovému prúdu počas štartu. MOSFETy ponúkajú hladké a bezpečné prepínacie cesty.

ST’s STP75NF75 a ROHM’s R6020ENX sú široko využívané vďaka ich odolnosti voči napätiu a prepínacím výkonostiam.

III. Kľúčové parametre a smernice pre výber

Parameter	Definícia	Odporúčanie
VDSS	Napätie drain-source	Vyššie ako 1,3-násobok maximálneho napätia systému
Identifikácia	Maximálny prúd drain	Splňuje skutočný maximálny prevádzkový prúd
RDS(on)	Odpor v otvorenom stave	Čím nižšia hodnota, tým lepšie, pretože sa zníži spotreba energie a tvorba tepla
Qg	Náboj brány	Čím menšia veľkosť, tým vyššia rýchlosť prepínania a jednoduchšia kontrola.
Balenie	TO-220, DFN, SOP atď.	Kombinujte výber priestoru a usporiadania na odvod tepla

IV. Prípadová štúdia: Nasadenie MOSFET-u v platforme BMS pre 400V elektromobil

V projekte stredného európskeho SUV bolo potrebné, aby MOSFET v systéme BMS zvládol trvalý prúd 20 A a zároveň zabezpečil dostatočnú odolnosť voči napätiu, tepelnú stabilitu a zhodu s EMC.

Zvolené riešenie – MOSFET PSMN2R8-80BS od spoločnosti Nexperia – ponúkalo nízky odpor v otvorenom stave RDS(on) 5 mΩ a balenie D2PAK, čo zabezpečilo optimalizované odvádzanie tepla a montáž.

V. Náš komplexný servis a dodávka MOSFET-ov

Máme na sklade a distribuujeme MOSFET-y od nasledujúcich renomovaných značiek:

● Infineon

● ON Semiconductor

● Texas Instruments (TI)

● STMicroelectronics

● ROHM

● Nexperia

Nabízame:

● Súčiastky automobilovej triedy AEC-Q101

● Platenie viacerými menami

● Kompletné doplnenie BOM