MOSFET ในระบบจัดการแบตเตอรี่ของยานยนต์ไฟฟ้า: หน้าที่หลักและการพิจารณาในการเลือกใช้

บทความนี้อธิบายถึงสถานการณ์การใช้งานและการเลือกพารามิเตอร์ของ MOSFET ในระบบ BMS ซึ่งครอบคลุมการควบคุมการชาร์จล่วงหน้า การป้องกันแบตเตอรี่ และความต้องการในการทำงานสวิตช์แบบความถี่สูง เหมาะสำหรับผู้ผลิตยานยนต์ไฟฟ้า (EV OEMs) และผู้รวมโมดูล

I. บริบท: การเติบโตของยานยนต์ไฟฟ้าขับเคลื่อนนวัตกรรมอุปกรณ์กำลัง

ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาดยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ทั่วโลก โดยเฉพาะในจีน ยุโรป และอเมริกาเหนือ ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ได้กลายเป็นระบบที่สำคัญมาก ส่งผลให้มีความต้องการสูงขึ้นด้านประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง

ทรานซิสเตอร์แบบ MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) ถูกนำมาใช้ใน BMS มากขึ้นเนื่องจากมีความเร็วในการสลับสูง ค่า RDS(on) ต่ำ และมีสมรรถนะทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม ซึ่งเหมาะสำหรับการควบคุมกระแส ระบบชาร์จล่วงหน้า และการป้องกันแบตเตอรี่

II. การประยุกต์ใช้งานหลักของ MOSFETs ใน BMS

1. การควบคุมเส้นทางการชาร์จและการคายประจุ

MOSFET มักถูกใช้เป็นสวิตช์หลักในวงจรเพื่อควบคุมเส้นทางการชาร์จและปล่อยประจุ อุปกรณ์ชนิด N-channel มีความสามารถในการนำไฟฟ้าได้ดี จึงเหมาะสำหรับการใช้งานในโครงสร้าง high-side หรือ low-side

โมเดลที่แนะนำ เช่น Infineon IRF1405PBF และ ON Semi NVMFS5C442NL มีค่า RDS(on) ต่ำ และมีความน่าเชื่อถือระดับยานยนต์

2. การป้องกันแรงดันเกิน กระแสเกิน และลัดวงจร

เมื่อจับคู่กับ IC ตรวจจับแล้ว MOSFET จะทำหน้าที่เป็นวงจรป้องกัน โดยจะตัดการทำงานทันทีเมื่อเกิดสภาวะผิดปกติ เพื่อป้องกันความเสียหายให้กับแบตเตอรี่

อุปกรณ์อย่าง TI CSD18510KCS และ Vishay Si7336ADP มีคุณสมบัติทนต่อแรงดันแตกหักได้ดี และสามารถกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. การควบคุมวงจรพรีชาร์จ

วงจรพรีชาร์จทำหน้าที่ควบคุมกระแสไฟเข้าสู่ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ เพื่อป้องกันกระแสกระชากในช่วงเริ่มต้นทำงาน MOSFET จึงช่วยให้การสลับการทำงานเป็นไปอย่างราบรื่นและปลอดภัย

ST’s STP75NF75 และ ROHM’s R6020ENX เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีคุณสมบัติทนต่อแรงดันและประสิทธิภาพการสลับสัญญาณที่ดี

III. พารามิเตอร์สำคัญและแนวทางการเลือกใช้งาน

พารามิเตอร์	คํานิยาม	คำแนะนำ
VDSS	แรงดันทนทานระหว่างเดรนกับซอร์ส	สูงกว่า 1.3 เท่าของแรงดันระบบสูงสุด
Id	กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เดรนรับได้	ตรงตามกระแสทำงานสูงสุดจริง
RDS(on)	ความต้านทานขณะเปิด	ยิ่งต่ำยิ่งดี ช่วยลดการสิ้นเปลืองพลังงานและการเกิดความร้อน
Qg	ประจุเกต	ยิ่งขนาดเล็กยิ่งทำให้ความเร็วในการสลับสถานะเร็วขึ้น และควบคุมได้ง่ายขึ้น
แพ็คเกจ	TO-220, DFN, SOP, ฯลฯ	รวมการเลือกจัดวางพื้นที่และการระบายความร้อน

IV. ตัวอย่างกรณีศึกษา: การติดตั้ง MOSFET บนแพลตฟอร์ม BMS สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า 400 โวลต์

ในโครงการรถ SUV ขนาดกลางของยุโรป ระบบ BMS ต้องการ MOSFET ที่สามารถรองรับกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องได้ 20A พร้อมทั้งรับประกันความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้า ความเสถียรทางอุณหภูมิ และการปฏิบัติตามข้อกำหนด EMC

โซลูชันที่เลือกใช้คือ Nexperia’s PSMN2R8-80BS ซึ่งมีค่า RDS(on) ต่ำเพียง 5mΩ และมาในแพ็คเกจ D2PAK เพื่อการระบายความร้อนและการประกอบที่เหมาะสมที่สุด

V. บริการและจัดหา MOSFET ครบวงจรของเรา

เราจัดจำหน่ายและมีสต๊อก MOSFET จากแบรนด์ชั้นนำดังต่อไปนี้:

● Infineon

● ON Semiconductor

● Texas Instruments (TI)

● STMicroelectronics

● ROHM

● Nexperia

เราให้บริการ:

● ชิ้นส่วนเกรดยานยนต์ AEC-Q101

● การชำระเงินหลายสกุลเงิน