適用于36V電池系統(tǒng)的特定應(yīng)用MOSFET

36V 鋰離子電池是當今工具和戶外動力設(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的電池壽命，同時也相對較輕且易于使用。然而，36V 電池的高能量密度也需要實現(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。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，可能會導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸。為了安全地對電池進行充電和放電，并將它們與負載隔離，電池系統(tǒng)設(shè)計人員通常使用 MOSFET，如圖 1 所示。

△ 圖 1：典型應(yīng)用電路中的簡單高邊放電 MOSFET

這種 MOSFET 最常見的要求是：

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)用中的峰值過載和故障電流。

較低的Idss漏電流，降低電池長時間不工作時的放電率。

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

設(shè)計人員在評估高邊放電 MOSFET 選擇時考慮的其他因素包括：

較高的雪崩能力。當快速隔離大電流負載時，通常會在電池故障保護機制下.斷開時常觸發(fā)的事件，高雪崩能量可能會通過 MOSFET 耗散。

較大的安全工作區(qū)（SOA）。在故障情況下，當過載期間試圖關(guān)閉電機時，放電晶體管通常會在其電阻大幅上升時會短暫進入線性模式。在這些條件下，電池電壓會在高負載電流下衰減，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，因為它提供了更高的降額。但這是以雪崩等級、SOA、柵極電荷和泄漏性能等其他因素為代價的。在許多 MOSFET 中，硅結(jié)構(gòu)會使元胞之間單元間距變窄，以實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，但是會影響 SOA 變?nèi)醪⒔档脱┍滥芰俊?/p>

因此，設(shè)計工程師已經(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 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 電壓額定值下進行了 1,000 小時的高溫反向偏置壽命測試 (HTRB)。

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

廣泛的 MOSFET 產(chǎn)品選擇

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