Toshiba 于48VBMS 车载N沟道功率MOSFET

随着油耗和排放法规的限制越来越严格,节能减排已从政策层面演化为每个车企的技术要求。各种混合动力和纯电动技术得到快速发展,其中48v轻混系统具有怠速起停、制动能量回收、动力辅助、滑行起停等几种工作模式,此外,还具有点火时间更短、起动时噪声和振动更小、高功率实现电动化、发动机损耗低等优势而受到广泛重视。48V汽车系统架构得到了相当多的关注,这些系统可以说是是向着全混合动力汽车前进的一步。开燃油车的时候,虽然跑高速的速度比城市快,但是因为在城市红绿灯比较多,发动机需要不断的切换工作模式,反而损耗更高。经过几十年的发展,电池的性能越来越好,因此很多厂家设计48V启停系统。

 

48V架构的选择宽泛,且在不断增加。最基本的系统包括一块电池、一个起动发电机、一个48V至12V转换器,且通常至少有一个48V负载。由于48V汽车仍然保留12V电池和多个12V负载,因此目前这些系统可能会以双电压系统的形式存在。凭借这些双电压系统,大量的新配置成为可能。由于48V系统基本上能够提供更高的功率水平,因此它将支持全新更高功率的外设,如48V E-Turbo和48V E-Roll稳定系统。此外,更高的功率可用性将推动耗电的12V负载迁移至48V总线,以充分利用更高的能效。

起初,双电压系统的12V系统侧保持原样,减去12V交流发电机。由于没有12V电源的发电源,因此需要有一个转换器负责将48V产生的电力转移到12V侧。这些转换器在设计上为双向的,在高需求期间可同时使用两种电池。双向转换器能够将来自任一电池的电源转换到另一电池。除冗余之外,保留12V启动器并没有技术上的原因,将其拆移除可能会成为未来的趋势。对于48V系统侧,起动发电机是主要部件。它负责汽车所有电力生成、以及汽车起动。它还能在汽车制动期间执行再生能量回收。在此模式下,机器作为发电机为动力系统提供负转矩,减慢车速并恢复电池电量,起动发电机有多种配置和功率级别。

 

48V电池系统由锂离子电池构成,相较于铅酸电池,它需要更多的注意和处理。鉴于此,48V汽车需要电池管理系统。BMS系统负责监控电池电压和电池温度,以便能够安全地为电池充电。由于48V系统具有再生能力,这种情况也变得更为复杂。当汽车电池的剩余电量足够低时,可发出再生指令,对BMS的控制需要非常谨慎,对于防止过充或过热至关重要。将48V系统添加到12V汽车将让设计人员有机会实现当今汽车所需的燃油能效提升。它还将大大增加对新型创新的电力电子电路的需求。

BMS与电动汽车的动力电池紧密结合在一起,通过传感器对电池的电压、电流、温度进行实时检测,同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒,计算剩余容量(SOC)、放电功率,报告电池劣化程度(SOH),剩余容量(SOC)状态和系统功率(SOP),还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程,以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电,通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。

MOS方案的BMS主要集成在一个PCB面板上,主要由MCU,AFE,电源模块,比较器,充放电MOS和物理接口组成,主板上设计集成电流检测模块,在过流的时候瞬间切断MOS,达到保护电池的目的。


48V电池启停的优点:

  • 48V系统采用的锂电池可以充分有效吸收制动能量。
  • 48V系统可以在巡航状态下停止发动机运转,靠锂电池中制动回收的能量维持巡航。
  • 48V系统可以支持电动压缩机、电子水泵等附件在发动机停机时运行,而传统的12V启停系统在开启空调后发动机就要开始运转。
  • 相对于12V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12V系统的1/16。
  • 可以涡轮电动化,进一步提高发动机的效率。

相較12V系統,48V电压系统有了4倍电压,电池包的能量进一步提升,可以经受更长时间的内燃机停机,还能通过BSG/ISG电机进行能量回收。『东芝推出两款采用L-TOGL™封装的车载N沟道功率MOSFET产品,满足汽车设备对48V电池日益增长的需求。这两款产品分别是80V “XPQR8308QB”和100 V “XPQ1R00AQB”。用于轻型电动汽车和ISG的逆变器、电池管理系统和接线盒的负载开关和半导体继电器,要求产品具有高可靠性、高漏极电流额定值和高散热设计。产品采用东芝新一代U-MOS X-H工艺,导通电阻极低。此外,L-TOGL™封装采用铜夹片结构,通过厚铜框连接MOSFET芯片和外部引脚。与东芝现有TO-220SM(W)封装相比,封装电阻下降大约70%,结壳热阻降低50%。同时,该封装采用鸥翼式引线,可降低安装应力,提高板载贴装器件焊点可靠性。这些特性可以在大电流时实现设备的低功耗和高散热。当应用需要更大工作电流时,可以并联MOSFET。』(作者:东芝;出处:https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html

 

应用 :

  • 汽车设备(逆变器、半导体继电器、负载开关、电机驱动电路等)

特性 :

  • 低导通电阻:

XPQR8308QB RDS(ON)=0.83mΩ(最大值) (VGS=10V)
XPQ1R00AQB RDS(ON)=1.03mΩ(最大值)(VGS=10V)
  • L-TOGL™高散热封装
  • AEC-Q101认证

  • 主要规格 : 
    XPQR8308QB 规格书
    XPQ1R00AQB 规格书


                                                                                       资料来源: 东芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)

    内部电路 : 

                                                                      资料来源: 东芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)


    应用电路示例 : 

                                                                                    资料来源: 东芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html)

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    参考来源

    Toshiba: https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/new-products-share/transistor/mosfet-20230628-1d.html

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