引言

隨著全球汽車電動(dòng)化浪潮的加速，48V輕混系統(tǒng)（MHEV）憑借其高效、低成本的優(yōu)勢(shì)，正成為傳統(tǒng)燃油車向純電動(dòng)汽車過(guò)渡的重要技術(shù)路徑。48V輕混系統(tǒng)通過(guò)集成BSG（皮帶啟動(dòng)發(fā)電機(jī)）、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池管理系統(tǒng)等核心部件，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、能量回收、助力加速等功能，可助力整車油耗大幅降低。合科泰將系統(tǒng)闡述MOSFET在48V輕混系統(tǒng)電源管理中的關(guān)鍵。

系統(tǒng)組成與MOSFET在其中的作用

一套典型的48V輕混系統(tǒng)主要包括48V鋰電池、BSG電機(jī)、48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器、電池管理單元BMS以及整車控制器VCU。在BSG電機(jī)需要快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助加速，并在剎車時(shí)回收能量，這就要求MOSFET需要能承受較高的電壓，打開(kāi)時(shí)的自身電阻要小以減少發(fā)熱損耗，并且開(kāi)關(guān)速度要快。這就像要求一個(gè)水龍頭既耐高壓，水流通過(guò)時(shí)阻力小，還能瞬間開(kāi)合。

在48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器之間，需要高效地雙向傳輸能量。因?yàn)楣ぷ黝l率很高，所以MOSFET打開(kāi)時(shí)的電阻要小，同時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作本身消耗的能量也要小。這就像要求一個(gè)頻繁切換的開(kāi)關(guān)，本身不發(fā)熱，而且切換動(dòng)作干脆利落不耗電。電池管理系統(tǒng)BMS要做到控制電池的充電放電通路，并在電池組內(nèi)部進(jìn)行電量均衡。當(dāng)MOSFET作為開(kāi)關(guān)長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通時(shí)，自身電阻要盡可能小，以降低電壓損耗和發(fā)熱，并且它的封裝要利于散熱。

MOSFET在48V輕混系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景

在此架構(gòu)下，電源管理電路面臨多重挑戰(zhàn)。高功率密度需求、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、苛刻的可靠性標(biāo)準(zhǔn)、效能與功耗優(yōu)化、電磁兼容性。BSG電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路需配合低內(nèi)阻的柵極驅(qū)動(dòng)器，并優(yōu)化PCB布局以最小化功率回路寄生電感，從而抑制開(kāi)關(guān)電壓過(guò)沖，合科泰高壓MOSFET（如HKTD7N65）針對(duì)此類應(yīng)用設(shè)計(jì)，其較低的導(dǎo)通電阻有助于減少導(dǎo)通損耗。高開(kāi)關(guān)速度可優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而其良好的雪崩耐量確保了在電機(jī)電感性能量釋放時(shí)能承受電壓尖峰，提升系統(tǒng)魯棒性。

48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器通常采用雙向Buck-Boost拓?fù)?，在多相并?lián)設(shè)計(jì)中，需關(guān)注器件參數(shù)的一致性以確保均流。熱設(shè)計(jì)必須充分，保證在最大負(fù)載下結(jié)溫處于安全范圍。合科泰中低壓MOSFET（如HTK050N02）適用于此場(chǎng)景，極低的導(dǎo)通電阻對(duì)于處理高達(dá)百安培級(jí)別的電流、控制導(dǎo)通損耗至關(guān)重要。同時(shí)，優(yōu)化的柵極電荷與輸出電荷有助于實(shí)現(xiàn)高效率的高頻開(kāi)關(guān)操作。

在BMS均衡電路中，需精確計(jì)算MOSFET的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)功耗，并進(jìn)行有效的熱管理。對(duì)于串聯(lián)在高壓主回路中的開(kāi)關(guān)管，需確保其電壓額定值留有充分裕量。合科泰低壓MOSFET（如2N7002DW）為此類信號(hào)與控制級(jí)應(yīng)用提供了解決方案，用于均衡通路時(shí)，需在導(dǎo)通電阻與封裝尺寸間取得平衡，以控制溫升并節(jié)省空間。用于邏輯控制時(shí)，低柵極電荷和兼容邏輯電平驅(qū)動(dòng)的特性則更為重要。

電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

要發(fā)揮MOSFET的性能并保證可靠，需要注意驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、電路板布局與散熱和保護(hù)機(jī)制。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)需要給MOSFET的“控制極”（柵極）提供干凈、有力的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保它能快速開(kāi)關(guān)。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)回路中的電阻，可以平衡開(kāi)關(guān)速度、電壓應(yīng)力和電磁干擾。

電路板布局與散熱上，連接MOSFET的大電流走線要短而粗，以減少寄生電感，從而抑制開(kāi)關(guān)瞬間的電壓尖峰和振蕩。MOSFET必須焊接在有足夠大銅箔面積和散熱孔的區(qū)域，以便把熱量高效散出去；電路必須設(shè)計(jì)過(guò)流、過(guò)熱和短路保護(hù)。MOSFET自身也需要能承受短時(shí)間內(nèi)超出正常工作范圍的電壓和電流沖擊。

結(jié)論

在48V輕混系統(tǒng)中，MOSFET的性能與可靠性直接影響著電源管理子系統(tǒng)的效率、功率密度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。合科泰提供的MOSFET產(chǎn)品系列及其對(duì)應(yīng)的技術(shù)設(shè)計(jì)支持，能夠幫助工程師應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的電源管理設(shè)計(jì)。隨著48V系統(tǒng)架構(gòu)的持續(xù)演進(jìn)，對(duì)功率半導(dǎo)體器件在性能與集成度上也將提出更高要求。