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功率MOSFET：48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)等汽車應(yīng)用的理想選擇

日期：2018/12/14 11:40:23 作者：

功率半導(dǎo)體的類型非常豐富 - 功率二極管、晶閘管、雙極結(jié)晶體管（BJT）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。具體的器件選擇將取決于應(yīng)用程序的要求。

對(duì)于用作電壓控制開關(guān)的MOSFET器件，與其他功率半導(dǎo)體相比，它們需要更快的開關(guān)能力。對(duì)于需要高速操作（例如電機(jī)控制）的應(yīng)用來說，這一特性特別有用。MOSFET通過柵極端子控制。柵極端子的作用類似于電流流過的漏極和源極端子之間的連接橋。根據(jù)是否向端子施加電壓，可打開和關(guān)閉該連接橋。漏極和源極之間的電流流量與施加的電壓量成正比。

晶體管的制造方式以及用于制作通道的材料會(huì)影響柵極的工作方式。在N通道半導(dǎo)體中，大多數(shù)電荷載體是電子，而在P通道半導(dǎo)體中，大多數(shù)電荷載體是空穴。換句話說，N通道器件需要正柵極電壓，而P通道需要負(fù)柵極電壓才能工作。

功率MOSFET在48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)中的角色

大略了解MOSFET之后，我們來看看這些器件如何在48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)中發(fā)揮作用。起動(dòng)發(fā)電機(jī)由多相電機(jī)組成，需要通過復(fù)雜的控制電路進(jìn)行管理。MOSFET在48V系統(tǒng)中非常重要，憑借較低的傳導(dǎo)損耗和更快的開關(guān)速度，被證明優(yōu)于傳統(tǒng)的BJT開關(guān)。

在電機(jī)控制電路中，只要開關(guān)沒有串聯(lián)連接，任何時(shí)候只能有一個(gè)來自電源側(cè)的開關(guān)和一個(gè)來自接地端的開關(guān)工作。例如，關(guān)閉S1和S6可提供平滑連接，而關(guān)閉S1和S4將導(dǎo)致短路。此外，需要謹(jǐn)慎管理開關(guān)相位之間的轉(zhuǎn)換，以避免錯(cuò)誤連接。這是通過較短的死區(qū)時(shí)間（通常為納秒）實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)時(shí)間段所有開關(guān)打開。

通常，48V啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的電機(jī)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大于3相（例如6相），以滿足更高功率和更高效率的需求。流向多相電機(jī)的電流通常在200A到520A的范圍內(nèi)。該電流極強(qiáng)，因此必須使用具有極低RDS（on）和高ID電流能力的MOSFET。

選擇使用N通道開關(guān)，這是因?yàn)閚型具有較低的RDS（on）。這樣可以實(shí)現(xiàn)更低的功耗和功率損失，其中功率損失等于電阻乘以電流的平方（P損耗=I2*R）。首選MOSFET器件必須能夠處理每件250A - 300A的ID MAX，且DS（on）不高于1mΩ。

另一方面，MOSFET器件還必須能夠處理48V系統(tǒng)的電壓尖峰。電壓尖峰是指電源電壓中短暫且快速的電能爆發(fā)（瞬態(tài)）。如果無法應(yīng)對(duì)這種特殊情況，開關(guān)很容易損壞。因此，電氣工程師應(yīng)考慮能夠承受至少1.5倍系統(tǒng)電壓的器件。在48V的系統(tǒng)中，這意味著MOSFET需要在漏極和源極之間承受80V乃至100V（VDS）的電壓。

功率MOSFET - 48V系統(tǒng)中的重要組件

在高功率應(yīng)用中，MOSFET開關(guān)的散熱能力非常重要。因此，特別需要可靠的MOSFET封裝，以滿足嚴(yán)格的散熱要求和板級(jí)可靠性。對(duì)于48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)，其功率等級(jí)可達(dá)25kW。由于沒有相應(yīng)的封裝解決方案，迫使制造商使用裸片（無封裝）解決方案。

盡管分立封裝解決方案并不能解決啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的問題，許多其他48V應(yīng)用（48/12V DC/DC轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)增壓器、電池管理系統(tǒng)等）都可以從這一解決方案中受益。Nexperia的分立封裝MOSFET提供不同的形狀和尺寸，是車輛電氣化的重要組成部分。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站

http://efficiencywins.nexperia.cn/innovation/right-package-12v-48v-conversion.html。

作者：Ivan
Ivan近期獲得曼徹斯特大學(xué)電氣和電子工程專業(yè)工程學(xué)學(xué)士（榮譽(yù)）學(xué)位，其于2016年9月加入安世半導(dǎo)體擔(dān)任技術(shù)營銷工程師一職，并在短短的一年后晉升為研究生營銷工程師。他負(fù)責(zé)功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的市場(chǎng)分析。在過去的一年里，他發(fā)表了幾篇深受好評(píng)的傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)報(bào)告，并開始致力于汽車電氣化這一迅速發(fā)展的領(lǐng)域。
Ivan對(duì)電動(dòng)車（xEV）系統(tǒng)的了解來自于其靜態(tài)研究、參與的眾多xEV會(huì)議和全球客戶拜訪。在工作之余，他是一名活躍的網(wǎng)球選手，他的比賽風(fēng)格和外表曾被人拿來與羅杰·費(fèi)德勒和格里戈?duì)枴ぜ久滋芈宸虮容^。

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