上海贝岭SGT-MOSFET让锂电保护应用设计更加可靠高效
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一、引言
实现能源清洁、绿色、高效发展是实现“双碳”战略目标的重要途经。锂电池作为目前市场上技术最为成熟，应用最为广泛的储能方式，给人们的生产生活带来了极大的舒适和便利，在能源绿色转型发展中也发挥着不可替代的作用。但锂电池经过长时间使用后，容量降低、内阻增大，长时间大内阻运行将导致电池发热严重，带来安全隐患。与此同时，异常充放电及过温等运行工况，不仅会大大降低电池的使用寿命，更重要的是，会严重威胁人们的生命及财产安全。因此，可靠安全运行的锂电池保护板需要能够迅速对异常运行工况做出判断，并及时采取相应动作，以达到保护锂电池健康运行的目的。
锂电池保护板主要通过保护IC控制MOSFET的导通或关断实现正常运行或保护工作的。图1为市场上某款锂电保护板实物图，MOSFET作为锂电保护板的核心功率开关器件，其性能好坏直接影响锂电保护板的工作可靠性。
图1 锂电保护板实物图
二、锂电池市场应用规模
随着国家“双碳”战略目标的深入推进，受国家政策持续支持，新能源汽车、电动自行车、储能电源等锂电池应用领域市场需求得到了爆发式增长，锂电池产业规模不断扩大，作为锂电池的“保护神”，锂电池保护板的应用也将随着锂电池产业规模的扩大而不断增长。图2反映了我国10多年来锂离子电池产业市场发展情况。根据工信部数据统计，2021年全国锂离子电池产量同比增长106%，达到324GWh，行业总产值超过6000亿元。随着锂电池技术的日益成熟及应用规模的不断扩大，锂电产业仍具备较大的增长空间。
图2 2010-2021年我国锂电池产业规模
三、锂电保护板工作原理及保护方案
锂电池保护板主要功能包括：充电过压保护、放电过压保护、充电过流保护、放电过流保护以及充放电短路保护等。锂电保护板的工作原理图如图3所示，其核心器件主要包括锂电保护IC和功率MOSFET。正常工作时，功率MOSFET处于导通状态，电芯与锂电池保护板均处于正常工作状态，而当电池电压或者工作电流超过锂电保护IC中比较电路的设定值时，根据当前运行状态及故障等级，锂电保护IC发出关断信号，控制相应的功率MOSFET及时关断，以保护用电者及电池的安全。
图3 锂电保护板工作原理图
四、上海贝岭SGT-MOS系列产品介绍
上海贝岭致力于高效可靠的功率开关器件研发及应用，推动器件研发与市场应用协同发展，为客户提供更加安全、高效、可靠的产品，助力低碳发展，贡献企业力量。针对锂电池保护板快速增长的市场规模，根据应用场景差异化需求，公司推出了SGT-MOSFET系列产品，涵盖多种不同应用场合，具有输入阻抗高、驱动简单、通态损耗小、热稳定性好等优势。目前，已在众多主流锂电保护板客户中得到应用并广受好评。
4.1 更具竞争力的产品特点
Ø 通态电阻RDS(on) 低;
Ø Vth一致性高;
Ø EAS性能好，抗雪崩能力强;
Ø 极低的QG。
4.2 系统应用优势
低通态电阻可以显著降低器件通态损耗，使得相同电流下器件温升更低，或者相同温升要求下可使用电流更高，间接降低系统成本。更高的阈值电压一致性，有利于多颗器件并联，实现更高的功率;同时还可以减小电流降额，间接降低系统成本。尽管锂电保护应用中，SGT-MOSFET通常不会进入雪崩状态，但会出现负载侧短路，要求SGT-MOSFET能够承受较高的瞬间电流冲击，更强的抗雪崩能力可以间接反映器件耐受瞬间电流冲击的能力。更低的QG有利于降低对栅极驱动的功率要求，使得驱动更加容易。
4.3 较全面的产品系列
为用户提供安全可靠的功率芯片一直是上海贝岭功率器件产品的初心与使命，为此上海贝岭聚焦市场需求、锚定产业发展，设计和研发出了更加安全可靠的锂电池保护板用功率芯片。贝岭SGT-MOSFET系列产品覆盖宽范围的电压和电流等级和多种封装形式，赋能更灵活高效的锂电保护板设计，满足不同功率等级的锂电保护应用需求。产品的具体型号的及参数如表1所示。
表1 SGT-MOSFET产品的型号及参数
4.4 严格的品质控制
上海贝岭SGT-MOSFET所有系列产品均为工业级产品，每款产品量产前均通过了JEDEC工业级可靠性标准的认证测试，具备严格的全生命周期生产工艺过程监控、可靠性监控，贝岭始终秉持“零缺陷”的品控理念，持续探索、不断优化，以取得更加卓越的产品质量。
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