引言

隨著全球汽車電動化浪潮的加速，48V輕混系統(tǒng)（MHEV）憑借其高效、低成本的優(yōu)勢，正成為傳統(tǒng)燃油車向純電動汽車過渡的重要技術(shù)路徑。48V輕混系統(tǒng)通過集成BSG（皮帶啟動發(fā)電機）、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池管理系統(tǒng)等核心部件，實現(xiàn)了發(fā)動機啟停、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、48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器、電池管理單元BMS以及整車控制器VCU。在BSG電機需要快速啟動發(fā)動機、輔助加速，并在剎車時回收能量，這就要求MOSFET需要能承受較高的電壓，打開時的自身電阻要小以減少發(fā)熱損耗，并且開關(guān)速度要快。這就像要求一個水龍頭既耐高壓，水流通過時阻力小，還能瞬間開合。

在48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器之間，需要高效地雙向傳輸能量。因為工作頻率很高，所以MOSFET打開時的電阻要小，同時開關(guān)動作本身消耗的能量也要小。這就像要求一個頻繁切換的開關(guān)，本身不發(fā)熱，而且切換動作干脆利落不耗電。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)部進行電量均衡。當MOSFET作為開關(guān)長時間導(dǎo)通時，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、動態(tài)響應(yīng)速度、苛刻的可靠性標準、效能與功耗優(yōu)化、電磁兼容性。BSG電機驅(qū)動電路需配合低內(nèi)阻的柵極驅(qū)動器，并優(yōu)化PCB布局以最小化功率回路寄生電感，從而抑制開關(guān)電壓過沖，合科泰高壓MOSFET（如HKTD7N65）針對此類應(yīng)用設(shè)計，其較低的導(dǎo)通電阻有助于減少導(dǎo)通損耗。高開關(guān)速度可優(yōu)化動態(tài)響應(yīng)，而其良好的雪崩耐量確保了在電機電感性能量釋放時能承受電壓尖峰，提升系統(tǒng)魯棒性。

48V-12VDC-DC轉(zhuǎn)換器通常采用雙向Buck-Boost拓撲，在多相并聯(lián)設(shè)計中，需關(guān)注器件參數(shù)的一致性以確保均流。熱設(shè)計必須充分，保證在最大負載下結(jié)溫處于安全范圍。合科泰中低壓MOSFET（如HTK050N02）適用于此場景，極低的導(dǎo)通電阻對于處理高達百安培級別的電流、控制導(dǎo)通損耗至關(guān)重要。同時，優(yōu)化的柵極電荷與輸出電荷有助于實現(xiàn)高效率的高頻開關(guān)操作。

在BMS均衡電路中，需精確計算MOSFET的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)功耗，并進行有效的熱管理。對于串聯(lián)在高壓主回路中的開關(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）為此類信號與控制級應(yīng)用提供了解決方案，用于均衡通路時，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，低柵極電荷和兼容邏輯電平驅(qū)動的特性則更為重要。

電路設(shè)計要點

要發(fā)揮MOSFET的性能并保證可靠，需要注意驅(qū)動電路設(shè)計、電路板布局與散熱和保護機制。驅(qū)動電路設(shè)計需要給MOSFET的“控制極”（柵極）提供干凈、有力的驅(qū)動信號，確保它能快速開關(guān)。通過調(diào)整驅(qū)動回路中的電阻，可以平衡開關(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)計過流、過熱和短路保護。MOSFET自身也需要能承受短時間內(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、功率密度與長期穩(wěn)定性。合科泰提供的MOSFET產(chǎn)品系列及其對應(yīng)的技術(shù)設(shè)計支持，能夠幫助工程師應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，實現(xiàn)高效率、高可靠性的電源管理設(shè)計。隨著48V系統(tǒng)架構(gòu)的持續(xù)演進，對功率半導(dǎo)體器件在性能與集成度上也將提出更高要求。