高效低功耗MOSFET在BMS中的应用
一、产品概述
CMSC1653是一款采用场效应半导体先进沟槽工艺制造的N沟道型MOSFET产品，其最大特点是拥有卓越的优值系数（FOM）。截至发稿时，该产品已经包括在电源转换、电机驱动、LED照明、美容医疗等领域的十多个不同类方案中超过百万颗物料的市场应用情况，所应用适配的产品，均表现出了高度的稳定性与可靠性。
1.CMSC1653产品规格书部分信息
二、产品技术亮点
1.关键特性：
Ø 低导通电阻（RDS(on)max=7.7mΩ,Vgs=10V）：减少导通功耗，提高效率。
Ø 高开关速度：适用于高频开关应用。
Ø 相对高电流处理能力：支持大电流应用。
Ø 低栅极电荷（Qg）：Qg=8NC,减少驱动开关损耗。
2.性能优势：
Ø 高温稳定性：结温高达150℃，适合车规级及高温环境应用。
Ø 小封装：采用DFN-3.3*3.3小型封装，节省了PCB空间。
三、典型应用场景
1．电源管理：
Ø 开关电源DC-DC模块的输出端是直接作用在负载上的，需要低导通内阻和高频率开关特性的MOSFET,来提升电能转换效率，实现能量最大化利用。
2．电机驱动：
Ø 电机控制电路最长用的拓扑方案是半桥和全桥驱动，桥型组合控制最大的特点就是相位切换、正反切换丝滑，而不能引起高温，并且电机属于感性负载，存在高反向感应电动势，要求控制器件具有高电流能力和低热阻特性。
3．LED照明：
Ø LED灯照明驱动通用型方案一般是同步整流，同步整流是采用通态电阻极低的MOSFET，来取代整流二极管以降低整流过程中导通损耗和开关损耗的技术。高效的开关特性，实现了对不同LED灯的精确控制能力。
4．BMS：BMS-Battery Management System电池管理系统是对锂电池进行过充、过放、过流和短路保护。锂电池保护板的原理主要是通过专门的集成保护板来监控和管理电池的状态。其通过监测电池的电压和电流，并在必要时切断电路，以防止电池损坏。
5．其他应用：
Ø 如逆变器、无线充电等。
四、设计指南
MOSFET属于电压控制性元件，是通过栅极电压控制漏-源极间的电流，栅极驱动设计对于电路的稳定性至关重要。
1.产品介绍
CMSC1653最大阈值电压VGS(th)=2.5V,要使MOSFET导通，栅极驱动电压（VGS）设计不能小于该值，若要求达到MOSFET完全导通,理想情况则是栅极驱动电压VGS>4.5V（该值来源于CMSC1653 MOSFET导通内阻与驱动电压的关系图，如下图所示）
在此有必要提醒读者朋友，不要在MOSFET上提供使用过大的驱动电压即就是在考虑热阻特性时并不是驱动电压越大越好（不考虑MOSFET雪崩工作态），应该是在保证MOSFET饱和导通情况下，只要应用的失真性能不恶化，就应该为MOSFET提供较低的电压，如±5V而非±10 V。
MOSFET栅极驱动电路原理通常是由控制逻辑芯片串联MOSFET实现逻辑控制。MOSFET逻辑控制过程必须遵循稳定且可靠原则。实际电路应用环境中由于PCBA布线、MOSFET内部键合布线以及整体电路EMC的存在等等因素，使得栅极驱动出现异常尖峰，这些异常尖峰对MOSFET的驱动控制带来极大的不稳定性和工作状态的不确定性，主要表现有：
Ø 工作时散热特点发生变化；
Ø 使MOSFET较长期工作在雪崩状态；
Ø 尖峰的耦合对电路关键性元器件造成冲击甚至不可逆的损坏；
因此有必要反复推敲驱动电路设计，对于简单设备及简单电路，驱动电路一般建议设计是增加串联栅极保护电阻Rg；对于较高端设备则会将驱动电路设计的相对复杂一些，如大功率逆变电源中，为了提高MOSFET栅极驱动能力，通常需要额外增加‘图腾柱’和‘门电路’的方式实现MOSFET驱动控制。
总的来说，逻辑芯片与MOSFET之间的串联电路，既能减少振荡，又能对芯片起到保护的作用。
2.散热设计
PCBA电路板中一般的散热方案设计有如增加散热片、PCB铜箔、PCBA过孔以及外加散热风扇等设计）。
Ø 布局建议：提供PCB布局优化建议（如减少寄生电感、优化布线）。
Ø 保护电路：在电路中添加过压保护（如RDC尖峰吸收电路、RC滤波电路）、过流保护、提高反向阻断特性（如增加超快恢复二极管）、ESD保护电路和浪涌保护等等电路。
3.热阻计算
热阻（thermal resistance）是一个和热有关的性质，是指在有温度差的情形下，物体抵抗传热的能力，单位是℃/W，意为单位功率下的温升。几乎所有的半导体器件数据手册都会给出RθJA与RθJC参数。
Ø RθJA — Junction-to-Ambient thermal resistance
如图所示，指芯片内部的PN结在静止空气条件下对外部环境的热阻 (此外部环境在测试中不受器件自身发热影响，在实际应用中会影响，所以RθJA只用来粗略估算，可以只能用来快速估算结温。）
Ø RθJC(top) — Junction-to-Case(top) thermal resistance
如图所示，指芯片内部的PN结到外壳封装上表面的热阻，测试时其他方向不散热，只有上表面散热。
Ø RθJC(buttom) — Junction-to-Case(top) thermal resistance
如图所示，指芯片内部的PN结到外壳封装下表面的热阻，测试时其他方向不散热，只有下表面散热。
Ø RθJB— Junction-to-PCB thermal resistance
如图所示，指芯片内部的PN结到PCB(并非封装底部，而是电路板)的热阻，测试时其他方向不散热，这意味着PCB必须是器件散热的主要途径。
下表为小编总结的不同热阻值原理计算公式
五、常见问题解答（FAQ）
Q1：如何选择合适的MOSFET？
A：根据电压、电流、开关频率和封装需求选择。
Q2：如何优化MOSFET的开关性能？
A：合理设计栅极驱动电路，选择低栅极电荷（Qg）的MOSFET。
Q3：MOSFET发热严重怎么办？
A：优化散热设计，降低导通电阻和开关损耗。
六、技术支持与资源
如需详细的产品手册及相关技术支持，请注册登录场效应半导体官网WWW.CMOSFET.COM自主下载查阅或联系人工客服索取。
七、总结
CMSC1653具有低导通电阻、高开关速度和超高性价比等核心优势成为电源转换、电机驱动、LED照明、美容医疗以及锂电池保护板邻域不可替代的产品。通过大量的多种类产品验证，CMSC1653 MOSFET具有宽泛的兼容性和较高的稳定性，为设备安全可靠的运行保驾护航。
