【官方资源】告别外置预充电路,独特DSG MOSFET软启动 — MPS新一代AFE让BMS设计更从容

为什么DSG软启动必不可少?

在人形机器人、无人机、车网互联及工业等电池管理系统(BMS)中,放电(DSG)MOSFET的导通控制直接影响系统安全性与用户体验。随着电池包电压升高(64V、72V甚至更高)和容性负载增大,DSG MOSFET在启动瞬间面临的冲击电流问题日益突出。

当容性负载(如电机驱动器、逆变器)接入电池包时,若 DSG MOSFET 瞬间全导通,电池电压会直接加在负载电容上,产生巨大的浪涌电流,从而导致:

  • 触发过流保护,系统无法正常启动;

  • 超出MOSFET的安全运行区(SOA),导致MOSFET损坏甚至烧毁;

  • 产生电磁干扰(EMI),影响系统稳定性。

传统解决方案是增加预充电路:通过一个小功率开关和限流电阻预先给负载电容充电,待电压接近电池电压后再导通主MOSFET。但这种方法的弊端显而易见:

  • 额外BOM成本和PCB面积;

  • 预充时间固定,适应性差;

  • 控制逻辑复杂,可靠性下降。

MPS最新一代AFE产品MP3718,凭借4级限流软启动(DSG Soft Start)技术,彻底解决了这一痛点。它内部集成了用于独立充放电控制的高压侧MOSFET(HS-FET)驱动器,其放电(DSG)MOSFET驱动器具有可配置的缩放电流软启动(SS)功能,可提供受控开启,无需外部预充电路。

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图1:MP3718原理图

MP3718 DSG软启动技术优势

MP3718集成了高侧N-MOSFET驱动器,采用**分段线性功率控制(Piecewise Linear Power Control,PWL),**接近恒功率控制,优势明显。

  • 更贴近MOSFET SOA边界

  • 启动时间更短:典型应用中,相比恒流控制可从200ms缩短至140ms(缩短30%)

  • 无需预充电路,降低系统成本和复杂度

  • 灵活适配容性负载

  • 可编程配置:支持50μV~4000μV基准电压调节,40ms~1280ms超时定时器可自定义,适配多场景需求

性能展示

分段线性功率控制接近恒功率控制,它根据VDS与VB+的比值来改变恒流设置,作为实现近似的恒功率控制。在典型的应用中,与恒流控制相比,PWL(分段线性功率控制)可以将启动时间从200ms缩短到140ms。

图2:恒功率vs恒流vs分段线性控制

将4个软启动阶段映射到MOSFET SOA曲线,可见每个阶段的(VDS, I_D)工作点均落在SOA直流/脉冲限制线以内,近似恒功率的控制使MOSFET始终安全运行。

图3: MOSFET SOA曲线示意图

该PWL控制方式可以实现可配置的4级限流软启动,通过监测VTOP(电池电压)与VPACKP(负载侧电压)的比率来动态调整限流阈值。这里总结了MP3718的4个软启动阶段和相关的限流阈值。

EV3718评估板实测数据

这里基于EV3718评估板搭建测试平台,采用4颗并联CRSS042N10N MOS管、60V电池电压、1mΩ采样电阻,针对不同负载电容进行软启动实测:

(a) Cload = 1mF, VSS_REF = 750uV

(b) Cload = 1.88mF, VSS_REF = 1000uV

图4: MP3718不同负载电容DSG软启阶段实测波形图

  1. 1mF负载电容

    4级软启动理论电流0.689A~4.234A,实测0.70A~3.88A,理论与实测偏差极小;理论启动58ms,实测约60ms。

  2. 1.88mF负载电容

    4级理论电流0.942A~6.540A,实测0.98A~6.12A,曲线拟合度高;理论启动80ms,实测约85ms。

实测证明,MP3718软启动时序精准、限流稳定,无抖动、无误保护。

MP3718 — 不止于软启动的全能AFE

除了领先的DSG软启动外,MP3718作为MPS推出的4~24串电池包监测和保护IC,还集成以下丰富特性:

高精度测量

  • 电压测量:±5mV @25°C,±7.5mV @ -20~65°C,±12.5mV @ -40~85°C

  • 电流测量:±1%精度(-40~85°C,±100mV感测范围)

  • 同步电压/电流采样,支持库仑计数

强大的驱动与保护

  • 高侧N-FET驱动器,独立CHG/DSG控制

  • 分口应用支持:提供CDSG和DSG双放电驱动引脚

  • 低侧驱动扩展:GPIO1/2可配置为与CHG/DSG同相输出,配合外部电路实现低侧驱动

  • 快速短路保护:实测在60V、4并联MOSFET条件下,空气开关短路测试中MOSFET微秒级关断,无损坏

低功耗

  • 关断模式(Shutdown)< 1µA(3.3V LDO关闭)

  • 待机模式(Standby)< 100µA

总结

MP3718不仅具备业界独特的DSG软启动控制方式,还在测量精度、保护完整性、电源灵活性等方面优势明显,尤其适合对安全性和可靠性要求严苛的储能、轻型电动车、电动工具等应用。

MP3718让MOSFET软启动不再是设计难题,而是系统可靠性的坚实保障,助力绿色能源未来。

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