適用于36V電池系統(tǒng)的特定應(yīng)用MOSFET

36V 鋰離子電池是當(dāng)今工具和戶外動(dòng)力設(shè)備的常用電源。由 36V 電池供電的產(chǎn)品得益于高功率輸出和較長(zhǎng)的電池壽命，同時(shí)也相對(duì)較輕且易于使用。然而，36V 電池的高能量密度也需要實(shí)現(xiàn)高效和安全的電池隔離。

隔離的需求源于該技術(shù)固有的安全風(fēng)險(xiǎn)。鋰離子電池含有易燃電解質(zhì)：如果損壞或充電或放電不正確，可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。為了安全地對(duì)電池進(jìn)行充電和放電，并將它們與負(fù)載隔離，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通常使用 MOSFET，如圖 1 所示。

△ 圖 1：典型應(yīng)用電路中的簡(jiǎn)單高邊放電 MOSFET

這種 MOSFET 最常見(jiàn)的要求是：

足夠的Vds漏源電壓額定值。

低導(dǎo)通電阻，可降低導(dǎo)通損耗。

較高的Id額定電流，使 MOSFET 可以處理大功率應(yīng)用中的峰值過(guò)載和故障電流。

較低的Idss漏電流，降低電池長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí)的放電率。

堅(jiān)固的封裝和良好的板級(jí)可靠性。這對(duì)于暴露于惡劣環(huán)境（例如極端溫度或振動(dòng)）的應(yīng)用非常重要。

設(shè)計(jì)人員在評(píng)估高邊放電 MOSFET 選擇時(shí)考慮的其他因素包括：

較高的雪崩能力。當(dāng)快速隔離大電流負(fù)載時(shí)，通常會(huì)在電池故障保護(hù)機(jī)制下.斷開(kāi)時(shí)常觸發(fā)的事件，高雪崩能量可能會(huì)通過(guò) MOSFET 耗散。

較大的安全工作區(qū)（SOA）。在故障情況下，當(dāng)過(guò)載期間試圖關(guān)閉電機(jī)時(shí)，放電晶體管通常會(huì)在其電阻大幅上升時(shí)會(huì)短暫進(jìn)入線性模式。在這些條件下，電池電壓會(huì)在高負(fù)載電流下衰減，并且 MOSFET 柵極電壓可能不足以確保晶體管完全導(dǎo)通。具有較大的 SOA 的 MOSFET 可以承受這些條件。

較低的柵極泄漏電流，以避免在線性模式下發(fā)生不必要的關(guān)斷事件。

在包含 10 節(jié)串聯(lián)電池的電池組中，電壓通常為 36V；最大充電電壓為 42 V。額定擊穿電壓介于 45 V 和 52.5 V 之間的 MOSFET 可提供至少 80% 的降額。

然而，在這些應(yīng)用中通常使用 60 V MOSFET，因?yàn)樗峁┝烁叩慕殿~。但這是以雪崩等級(jí)、SOA、柵極電荷和泄漏性能等其他因素為代價(jià)的。在許多 MOSFET 中，硅結(jié)構(gòu)會(huì)使元胞之間單元間距變窄，以實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，但是會(huì)影響 SOA 變?nèi)醪⒔档脱┍滥芰俊?/p>

因此，設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)習(xí)慣于接受效率和隔離能力之間的折衷。然而，來(lái)自 Nexperia 的最新特定應(yīng)用 50 V 和 55 V MOSFET 避免了這樣的折衷。它們得益于卓越的超結(jié)技術(shù)，可產(chǎn)生較低的導(dǎo)通電阻，而不會(huì)影響其他參數(shù)的性能。

例如，采用 LFPAK88銅夾片封裝的 Nexperia PSMNR90-50SLH 在 10 V 柵源電壓下具有 0.9 mΩ的最大導(dǎo)通電阻。且最大漏極電流額定值可達(dá) 410 A。盡管導(dǎo)通電阻很低 ，并且具有最佳的 SOA 電流能力，在 40 V/Tp=1 ms下具有8.1 A 電流，如圖 2 所示。

△ 圖 2：PSMNR90-50SLH MOSFET 的 40 V/1 ms SOA 圖

對(duì)于更多空間受限的應(yīng)用，具有 200 A 額定電流的 50 V 和 55 V 器件也可采用 5 mm x 6 mm LFPAK56E 封裝。

除了優(yōu)化用于 36V 電池系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)外，Nexperia 還優(yōu)化這些 MOSFET 在高溫下的運(yùn)行能力。找正品元器件，上唯樣商城，在 175°C和 100% Vds 電壓額定值下進(jìn)行了 1,000 小時(shí)的高溫反向偏置壽命測(cè)試 (HTRB)。

根據(jù) MIL-STD-750-1 M1038 Method A標(biāo)準(zhǔn)，60 V 器件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是在 175°C和80%的漏源電壓額定值（48 V）下工作 1,000 小時(shí)。

廣泛的 MOSFET 產(chǎn)品選擇

Nexperia 放電 MOSFET 采用 100% 銅夾片LFPAK 封裝。該封裝堅(jiān)固耐用，提供較高的板級(jí)可靠性和出色的熱性能。LFPAK 封裝適用于汽車以及工業(yè)和消費(fèi)類應(yīng)用。