应用指南 | 锴威特高性能低压mos精准升级电池bms保护系统
发布日期：2025-04-11
bms（电池管理系统）是保障电池高效使用的必备系统。它通过实时监测电池的电压、电流和温度，分析电池的使用环境、能量状态和健康状况，确保电池组在安全、寿命和性能方面表现优良。bms可以防止温度不均导致的模块失衡，避免因局部过热引发的安全事故。同时提供能量均衡功能，提升电池的有效储能和使用时间。
bms广泛应用于新能源汽车、储能系统、航空航天、消费电子等行业，确保电池的安全、高效和长寿命运行。
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图一：bms 应用领域
a.新能源汽车；b.储能系统；c.航天航空；d.消费电子
保护开关mosfet 关键参数分析
在选择bms（电池管理系统）背靠背充放电保护mosfet时，需综合考虑以下关键因素：
图二：bms 常见系统框图
耐压能力：mos管的耐压值（vdss）应高于电池最大电压的1.5倍，以防止击穿。
电流额定值：mos管的电流额定值应大于或等于电池的最大充放电电流,避免mos管因过载而损坏。
导通电阻（rds-on）：导通电阻越小，损耗和发热越低，效率越高，尤其在多管并联时，低rds-on可进一步优化性能。
栅极电荷（qg）：栅极电荷越小，开关损耗越低，开关速度越快。
栅极门槛电压（vgs-th）：需确保栅极电压能可靠开启漏源电流，且多管并联时，vgsth应严格分档，保证一致性。
寄生电容（ciss、crss）：对于高侧开关应用，因驱动电流较小，需尽量减小寄生电容，以确保短路时快速关断；低侧开关应用可通过电路调整适配。
工作温度范围：mos管需能在bms的工作温度范围内稳定运行。mos温升计算可利用以下公式：
tj=ta p*rθja
其中ta为bms系统环境温度，p为mosfet功耗，rθja为mosfet管芯到环境的热阻系数。
bms保护设计难点与解决策略
短路瞬间mosfet电流大
问题：短路时电流可达几百至上千安培，需在极短时间内（200μs至1000μs）切断电流，否则可能引发严重事故。
解决：短路保护电路需具备快速响应和高准确性，除了保护芯片需要足够驱动电流，保护mosfet需要较小栅极电容，确保放电mosfet迅速关断。
短路持续期间内mosfet损耗发热大
问题：mosfet完全导通时电流迅速上升，功耗为pon=isc²*rds(on)，mosfet严重发热，可靠性下降。
解决：需要选择全工作区较宽的mos来抵御200μs至1000μs的短路时间，降低炸管风险，同时选择热阻低的mos并加强外部散热。
关断mosfet时瞬态电压尖峰高
问题：由于线路长短和系统工作电流各不相同，mosfet关断时产生的高电压尖峰也因系统而异，可能超过其耐压值，发生雪崩击穿。
解决：需采取措施降低瞬态电压尖峰，同时选择耐压值稳定，雪崩能力强的mosfet。电压尖峰vspike = vb l×di/dt。需确保mosfet的雪崩能量足够，避免失效。
锴威特100v/1.1mohm toll 封装
短路保护 mosfet介绍
基于bms的特殊应用，锴威特自主研发的cst10n1p5c为bms在多领域的应用提供了优秀的选择，该mos管具有以下特点：
超低的栅极驱动电荷
较低的热阻
超低的导通电阻rdson（1.1mω）
宽泛的soa工作区
强大的抗尖峰电流能力
图三：cst10n1p5c toll封装（100v/1.1mohm）
cst10n1p5c主要参数如下：
应用领域
电池管理系统（bms）
轻型电动车（lev）
储能逆变器
无人机（uav）
电机驱动
dc/dc转换器
cst10n1p5c性能测试
01、栅极电荷对比
栅极电荷测试电路通常用于测量mosfet的栅极电荷特性。栅极电荷(qg)是评估开关性能的重要参数，它包括栅源电荷(qgs)和栅漏电荷(qgd)
qgs阶段：栅源电压上升到阈值电压之前，主要充电栅源电容。
qgd阶段：栅源电压继续上升，栅漏电容开始充电，直到器件完全导通。
表1：cst10n1p5c与友商相同应用mos栅极电荷对比
02、eas对比测试
单脉冲雪崩能量（eas）是描述mosfet在雪崩模式下能承受的能量极限参数，用于评估器件在瞬态过压下的耐受能力。
表2：cst10n1p5c与友商相同应用eas能力对比
03、短路对比测试(大电流快速关断)
对比竞品，锴威特能承受的最大短路电流高达420a，保护管应用具备一定的优势。
表3：cst10n1p5c与友商相同应用短路能力对比
04、安全工作区soa对比
mos管工作时，电压和电流需在安全工作区（soa）内，以确保安全。soa由五条限制线组成：导通电阻rds(on)限制线、电流限制线、功率限制线、热稳定限制线和击穿电压限制线。这些限制线分别约束不同参数，帮助mos管在bms短路保护、热插拔、电机驱动、开关电源等应用中安全运行。通过对比友商产品，可以发现锴威特的soa范围最大，针对bms应用场合更具备明显优势。
锴威特主推bms应用mosfet列表
