专家分享：设计好保护电路，提高充电桩MOSFET器件可靠性

时间： 2019-07-23 来源：世强作者：在路上

功率场效应管MOSFET，由于具有开关速度快、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象、安全工作区域（SOA）宽以及可以并联使用等优点优势，因此在变频、电机控制、大功率DC/DC电源以及交直流电动汽车充电桩上得到了广泛的应用。尽管MOSFET具有众多的优点，但是MOSFET管在承受短时过载能力方面还是很脆弱的，特别是在高频应用场合。所以在应用功率场效应管时，必须为其设计合理的保护电路来提高MOSFET器件的可靠性。在设计功率场效应管的保护电路时，可以从如下几个方面来考虑：

1）限制场效应管栅极的di/dt
如果采用的场效应管驱动芯片其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，也有可能造成功率管遭受过高的di/dt而引起误导通。为避免上述现象的发生，通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻，电阻的大小一般选取几十欧姆。

2）防止栅源极间过电压
由于栅极与源极的阻抗很高，漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压，此电压会使很薄的栅源氧化层击穿，同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿，所以要在MOS管栅极并联稳压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下，保护MOSFET管不被击穿，MOS管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷，不让电荷积累。世强代理的LITTELFUSE的双向TVS保护器件SMBJ16CA，具有优秀的钳位保护性能，低浪涌阻抗，在高于12V时，典型的Ir值小于1u A，以及具有极快的相应速度（从0V到BV的时间不到1.0pS）。可以可靠的限制MOSFET的栅源极间过电压。下图1是Littelfuse的双向TVS保护器件SMBJ16CA的栅源极间保护电路，其中预驱动器采用世强代理的SILICON LABS的隔离产品Si8261，在PWM输入端也使用了力特的双向TVS对输入信号进行幅度限制。

图1：Littelfuse的双向TVS保护器件SMBJ16CA对MOSFET栅源极间保护

3）防护漏源极之间过电压
虽然漏源击穿电压VDS一般都很大，但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏MOS管，功率管开关速度越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位和RC缓冲电路等保护措施。

4）增加电流采样保护电路
当电流过大或者发生短路时，功率MOSFET漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOSFET，否则器件将被烧坏，因此在主回路也需要增加电流采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护电路关闭驱动电路来保护MOSFET管。

总结

由于功率场效应管MOSFET在变频、电机控制、大功率DC/DC电源以及交直流电动汽车充电桩上应用的越来越多，而这些设备都是需要可靠的、并且长时间的使用的，因此可靠的系统设计是非常重要的。世强针对这些应用领域，有一系列的产品和方案，包括大电流FUSE，MOV，GDT，TVS等等；当然也包括其他的功率器件如（整流桥堆，齐纳二极管，快恢复二极管， MOSFET，IGBT模块，SIC MOSFET等等）。而对于充电桩应用，力特产品除了用于MOSFET的保护外，还用于主回路的过流保护及CAN/RS485等接口的保护等。

图2：充电桩系统框图

图3：力特产品在充电桩系统中的应用位置和型号

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疯狂的石头 Lv9. 科学家 2018-01-16

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闫丛兴 Lv4. 资深工程师 2017-12-30

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大乔 Lv4. 资深工程师 2017-09-29

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MCU和DSP的ESD保护技术的改进有助于更好地保护器件

高性能处理器、FPGA或片上系统IC是任何给定电路板中最有价值的部分。必须提供足够的保护，以防止如静电放电（ESD）等事件破坏其内部电路。

2016-03-09 - 技术探讨代理服务技术支持采购服务

Littelfuse（力特）连接器&保护器件快速参考指南

描述- 本资料为Littelfuse公司提供的电路保护产品快速参考指南，涵盖了连接器和保护元件的多种类型。内容包括不同类型的连接器（如USB、AC端口、以太网等）以及相应的保护元件（如PolySwitch、LVR设备、PESD设备等）。资料详细介绍了各类产品在不同电路中的应用，旨在帮助用户选择合适的保护解决方案。

型号- LVR100K-240-AP,SESD,RF2943-000,LVR,TM2P-10271-2,2PRO,LVR016S,LVR125S,SESD0802Q4UG-0020-090,LVR012K-2,PESD,LVR200K-240-AP,LVR012S-1,LVR012S-2,RF2945-000,SESD0201X1BN-0015-096,LVR016K,LVR008NS,LVR033K-2,LVR075S-240,RF3923-000,PESD0402-240,LVR100S-240-AP,SESD1004Q4UG-0030-088,LVR008NK,LVR033S-2,LVR125K-240,SESD0402Q2UG-0030-088,RF3917-000,LVR055K,LVR200K-240-2,LVR100S-240,SESD0201X1UN-0030-088,LVR100S,RF3076-000,LVR055S,RF2193-000,SESD1103Q6UG-0020-090,PESD0603-240,LVR100K-240-2,LVR125K-240-2,LVR200S-240-AP,LVM2P-035R14431,SESD0402X1UN-0030-088,LVM2P-015R10431,RF3920-000,LVR200S,RF3078-000,LVR008NS-1,LVR008NS-2,SESD0201X1BN-0010-098,LVM2P-075R14431,LVR100S-240-2,LVR008NK-2,LVR005NS,RF3925-000,LVR005NK,LVR033K,SESD0402Q2UG-0020-090,TM2P-10271,SESD1004Q4UG-0020-090,LVR200S-240,LVR033S,LVR040S-1,LVR100K-240,LVR200K-240,LVR040S-2,RF3918-000,LVR075K-240-2,LVR125S-240-2,SESD0402X1BN-0015-096,PESD1206Q-240,LVR025K-2,LVR040K,LVR012K,LVR025S-2,LVR040S,LVR040K-2,LVR012S,SESD0402X1UN-0020-090,LVR016S-2,LVR016S-1,LVR075S-240-2,LVR016K-2,LVR125S-240,RF3077-000,LVR075K-240,LVR075S-240-AP,LVR075S,LVR075K-240-AP,RF3922-000,LVR005NK-2,SESD0402X1BN-0010-098,RF2192-000,LVR055S-1,LVR075S-1,LVR055S-2,LVR075K-1,LVR005NS-1,LVR005NS-2,LVR125K-240-AP,LVR125S-240-AP,RF2946-000,LVR200S-240-2,PESD0402-140,LVR025K,SESD0201X1UN-0020-090,LVR025S

2016年01月01日 - LITTELFUSE - 快速参考指南代理服务技术支持采购服务

【应用】8通道数字隔离耦合器，PLC I/O的设计神器

用1颗Si838x做I/O数字输入隔离，大大节省PCB空间。同时更是使得PLC兼顾高速、低速应用，模拟LED输入技术，寿命长。

2017-05-23 - 新应用代理服务技术支持采购服务

森国科SiC功率器件KS20120-C/C2凭借低开关损耗、快速开关速度为充电桩模块提供解决方案

森国科碳化硅二极管KS20120-C、KS40120-C2具有较高的工作温度能力和较低的开关损耗，可以用于实现高频率的开关充电电流，提高充电效率和功率密度。在充电桩模块上，碳化硅二极管常用于直流充电桩的充电模块中，用于整流和保护电路。

2024-01-18 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

LITTELFUSE SMBJ-HRA系列瞬态抑制二极管选型表

反向隔离电压：3.3V至600V 峰值脉冲额定功率：200W至30KW 可提供高电流保护，峰值脉冲电流：8/20 1kA、3kA、6kA、10kA、15kA至20kA

产品型号	品类	厂牌	Reverse Stand off Voltage V-R (Volts)	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MIN	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MAX	Test Current I-T (mA)	Maximum Clamping Voltage V-C @ I-PP (V)	Maximum Peak Pulse Current I-PP (A)	Maximum Reverse Leakage I-R @ V-R (µA)
SMBJ5.0A-HRA	TVS Diode	LITTELFUSE	5	6.4	7	10	9.2	65.3	800

选型表 - LITTELFUSE 立即选型

Littelfuse（力特）最专业最齐全的全球领先保护器件

描述- Littelfuse公司简介：全球领先的电路保护企业，提供广泛且尖端的电路保护产品及解决方案。公司成立于1927年，全球拥有7500员工，2014年全球销售额865亿美元，全球分布有35个联络处。公司产品涵盖消费电子产品、汽车、商用车辆和工业设备等多个领域，提供针对不同应用需求的解决方案。主要产品介绍：Littelfuse提供过流保护器件（保险丝、自恢复保险丝）、过压保护器件（瞬变抑制二极管、压敏电阻、气体放电管、SIDCtor保护晶闸管、聚合物ESD抑制器）、开关型晶闸管、LED保护器、簧片开关和磁簧传感器等。重点市场及主推型号介绍：涵盖消费/通信、工业汽车等多个市场，提供多种型号的产品以满足不同需求。例如，过流保护器件中的保险丝和自恢复保险丝，过压保护器件中的瞬变抑制二极管和压敏电阻等。

型号- 1.5SMC540CA,SMBJ,1812L,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,SG75,SL1411A600A,PLED 5 QFN,5KP40A,5KP64A,AC,1812L020PR,SMBJ40A,SMBJ17CA,SMBJ64A,1.5SMC200CA,1.5SMC36CA,5KP18CA,1.5SMC13CA,5KP51A,5KP75A,SMBJ160CA,0312005.MXP,0456040.DR,5KP8.5CA,K1500GRP,1812L110/33MR,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,CG3,K2200G,5KP78A,1.5SMC510A,60R110XU,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,5KP30A,CG35.0,5KP54A,SMBJ150CA,MDCG-4,1206L012WR,1206L110WR,1.5SMC8.2CA,SMBJ16CA,1812L150/12DR,5KP70CA,5KP17CA,CG35.0LTR,5KP180CA,CG32.0,K1100GRP,5KP60A,1.5SMC7.5CA,SMBJ170CA,1.5SMC27CA,SMBJ400A,K1200E70,1.5SMC91CA,SMBJ60A,SMBJ15CA,1.5SMC180CA,1.5SMC400A,5KP16CA,1.5SMC15CA,1.5SMC9.1CA,1.5SMC6.8CA,SL1411A800A,SMBJ26CA,SMBJ400CA,1.5SMC300A,60R050X,60R,5KP26CA,SMBJ90CA,1.5SMC300CA,SL1411A800,1.5SMC530CA,60R010XU,SMBJ70A,SMBJ14CA,1.5SMC530A,5KP170CA,60R075X,60R160X,5KP15CA,5KP85A,1.5SMC16CA,1.5SMC39CA,SM24CANA-02HTG,60R090XPR,1.5SMC82CA,SMBJ48CA,60R300X,1.5SMC200A,5KP12A,5KP36A,5KP24A,5KP48A,1.5SMC36A,1.5SMC24A,1.5SMC12A,0452002.,5KP48CA,5KP200CA,1.5SMC510CA,K2200SRP,SMBJ130CA,SM24CANA,5KP6.5CA,5KP90CA,1.5SMC11A,SMBJ13CA,1.5SMC540A,5KP190CA,SMBJ36CA,5KP11A,1.5SMC47A,0456030.ER,1812L075/33DR,5KP14CA,SL1411A,048502.5,SMBJ24CA,1.5SMC440A,1812L050PR,5KP14A,1.5SMC170CA,5KP26A,CG31.5LTR,CG31.5,5KP24CA,SMBJ90A,SMBJ12CA,1.5SMC400CA,1.5SMC550A,SMBJ58CA,5KP13A,SMBJ188CA,1.5SMC13A,SMBJ350CA,0452001.,1.5SMC18CA,5KP8.0CA,5KP13CA,5KP36CA,AC120,SMBJ5.0A,1.5SMC220A,1812L150/24,0312.062MXP,048502.5DR,K2400G,SMBJ180A,1.5SMC16A,312,SL1411A470A,1.5SMC150CA,5KP20A,1206L035YR,045803.5,1206L050/15YR,5KP100CA,SMBJ11CA,1.5SMC100A,V05E17P,SL1411A090,5KP7.5CA,1.5SMC39A,1.5SMC27A,1.5SMC15A,5KP190A,K1500SRP,5KP210CA,K1500E70,0452007.,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,1.5SMC62CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,CG32.0LTR,452,5KP22A,1.5SMC18A,5KP58A,SMBJ170A,SMBJ10CA,456,458,LV ULTRAMOV,K1500,1206L150PR,60R090X,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,K1200G,5KP5.0A,CG31.01,1812L200DR,SMBJ6.0A,1.5SMC110A,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,1206L150THWR,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,5KP11CA,SL1411A350A,1.5SMC160CA,0452005.,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,60R110XMR,SMBJ220CA,1.5SMC250CA,1.5SMC480CA,5KP110CA,60R075XPR,045602.5,SMBJ160A,0456030.,1812L200THPR,5KP6.0CA,1.5SMC51CA,K2200GRP,1.5SMC120A,1.5SMC75A,SMBJ78CA,1.5SMC51A,SG300,1.5SMC350A,60R110X,5KP10CA,SMBJ43CA,5KP170A,SMBJ20CA,1.5SMC9.1A,1812L110,5KP33CA,0458007.DR,SMBJ7.0A,1.5SMC30A,1.5SMC480A,1.5SMC,1206L160ZR,1.5SMC250A,TMOV25SP115E,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SG,SMBJ18A,1812L075/24DR,5KP220CA,1812L010DR,0456040.,1206L200,SMBJ150A,1206L050YR,1.5SMC75CA,60R160XF,0458007.,0452007.MRL,SMBJ6.0CA,1.5SMC130A,5KP160A,K2000F1,SMBJ100CA,1.5SMC7.5A,1.5SMC8.2A,1812L050/30PR,1.5SMC6.8A,5KP78CA,0452001.MRL,0456020.ER,1.5SMC20A,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMBJ30CA,1.5SMC68A,5KP28A,SMBJ28A,1.5SMC56A,5KP6.5A,1812L200,SMBJ188A,K1200,5KP7.0A,SMBJ8.0A,1.5SMC30CA,1.5SMC43A,5KP150A,SMBJ440CA,5KP54CA,SMBJ64CA,60R300XF,5KP15A,K2400,SMBJ17A,1812L300MR,1.5SMC350CA,1206L110,SMBJ250A,SMBJ120CA,1.5SMC43CA,5KP8.0A,1.5SMC20CA,1.5SMC22A,1.5SMC10A,5KP250A,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,SMBJ26A,5KP18A,1812L300,0456020.,SMBJ110CA,0458001.,SMBJ7.0CA,K1100,SMBJ130A,1.5SMC130CA,0312002.MXP,SL1411A470,SL1411A350,1206L016,SMBJ7.5A,1.5SMC33A,5KP120CA,1.5SMC150A,SMBJ40CA,5KP30CA,SMBJ15A,5KP17A,1206L012,1206L075/13.2WR,K1500G,SMBJ9.0A,045803.5DR,0312035.MXP,SMBJ12A,SMBJ51CA,60R185X,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMBJ48A,0452002.MRL,MDSR-10,SMBJ350A,1.5SMC110CA,SMBJ120A,1.5SMC91A,TMOV25S,SMBJ6.5CA,60R030XU,5KP130A,0312002.,1.5SMC160A,5KP75CA,1206L150,SMBJ13A,SMBJ85CA,K2200,1206L035,5KP7.5A,0456025.,1812L075,5KP250CA,SMBJ8.0CA,K2400SRP,1.5SMC22CA,SMBJ8.5A,0452005.MRL,5KP130CA,1.5SMC82A,60R030X,1206L160,SMBJ22A,60R250XF,5KP85CA,SMBJ58A,K2400E70,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,1.5SMC68CA,SL1411A600,SMBJ300CA,1.5SMC170A,1.5SMC33CA,1.5SMC10CA,1206L075THYR,5KP9.0A,5KP120A,1206L016WR,SMBJ10A,1206L050,1812L050,0456025.ER,5KP51CA,SMBJ11A,0312005.,SMBJ220A,SMBJ180CA,1.5SMC56CA,1.5SMC120CA,KXXXZY,1206L,K2000E70RP3,SMBJ43A,5KP220A,SMBJ7.5CA,1.5SMC440CA,60R250X,0458001.DR,SMBJ100A,1.5SMC550CA,1.5SMC180A,1.5SMC11CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,K2000,SMBJ9.0CA,1206L200PR,SMBJ60CA,0458001.DRA,1.5SMC100CA,1206L075,1812L150,SMBJ440A,5KP90A,0312035.,1.5SMC62A,SMBJ200CA,5KP210A,SM24CANA-02,SMBJ78A,60R010X,5KP60CA,60R050XPR,1.5SMC47CA,1.5SMC24CA,1812L020,60R185XF,SL1411A090C,0312.062,SMBJ30A,SMBJ18CA,1.5SMC220CA,5KP100A,SMBJ54A,0312.187,1812L110/16DR,SMBJ200A,1.5SMC12CA,1812L010

2016年01月01日 - LITTELFUSE - 培训文档-商品应用及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

新能源汽车出行的“心脏”线路板，助力充电桩

线路板的作用主要是承载和发挥电路系统功能。它可以提供固定的电气连接点，同时有效隔离连续性影响。此外，线路板还能减少线路长度和干扰，从而消除干扰信号并提高电路的抗噪性。它还可以大幅简化电路布线和元器件布局流程，降低设计成本。在电子设备中，线路板也可以起到美观和保护作用。

2023-12-28 - 设计经验

【应用】惊呆，无线充电桩出世！感觉快跟不上步伐了

只要停车之后，电动汽车就能自动无线充电，免去了插线充电的烦恼，在不到一小时内就能完成以前插入式充电4-7个小时的工作，这种感应式的充电技术正在悄然来到我们身边。

2016-10-23 - 新应用代理服务技术支持采购服务

在设计电动汽车充电桩功率电路时，希望可以实现半桥驱动，并保证控制电路和功率电路隔离，请问哪款IC可以满足要求？

充电桩功率模块的驱动电路设计，要实现半桥驱动需要选择双路输出、带隔离的驱动IC。建议选择Silabs隔离驱动Si8235，可以实现上下管独立驱动，原副边隔离电压高达5KV，输出驱动PWM信号开关频率可以达到8MHz，最高可以应用在DC1500V的功率系统中。

2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

【应用】光电耦合器QX3H7-CUH-S用于充电桩，隔离耐压3750Vrms能够保证高压信号和低压信号的有效隔离

本文给客户推荐群芯微的一款光电耦合器QX3H7-CUH-S，具备响应快、波特率高、转换精度高等特点，可配合充电桩中的其他元器件一起工作，确保输出电流的稳定性和精度，还可以防止电流干扰和雷击等因素对充电桩电路的影响。

2023-06-18 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

以太网RJ45的隔离变压器后端需要一款保护器件做ESD防护，请推荐一款保护器件。

以太网RJ45接口后端的隔离变压器输出的是两对差分信号，对于100M以上的通讯速率要求防护器件的结电容小，推荐用TVS阵列SP0504S，这个TVS阵列的结电容为0.85pF，反向工作电压为6V，钳位电压范围为9-13V。

2017-09-26 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

数字隔离器完美替代光耦合器，有效改善电源效率、效能、可靠性

Silicon Labs 推出可直接替代光耦合器的数字隔离器si87xx，隔离等级高达5kV，并完全符合IEC 60747-5-2规范，包括10kV电涌保护。且完美的引腳配置和封裝可兼容多种光电耦合器产品。

2016-09-26 - 新产品代理服务技术支持采购服务

新能源行业保护器件选型与应用

描述- 本文介绍了里阳半导体在新能源行业中的应用保护器件选型与解决方案。文章首先概述了里阳半导体的公司背景和产品技术，包括瞬态电压抑制二极管（TVS）、可控硅、整流二极管、静电抑制二极管、半导体放电管、气体放电管、压敏电阻、自恢复保险丝和玻璃放电管等。接着，文章详细介绍了里阳半导体在光伏系统、储能系统、光伏逆变器、储能变流器、BMS、EV充电机和充电桩等新能源领域的典型应用案例。最后，文章提供了里阳半导体的运营中心和制造中心地址信息。

型号- 182KD20J,2R090SM-G,5.0SMDJ75CA,911KD20J,182KN20,751KD20J,751KN20,911KN20,SMBJ28CA-Q,3R075ML-5S,5.0SMDJ90CA,122KN20,SMDJ33CA-Q,LY323DC03UL,LY323DC05UL,821KN20,2R600ML-8,3R090LM-5S,LY8AC05UL,SMBJ6.5CA,5.0SMDJ64CA,681KN20,3R700MM-5ST,122KD20J,821KN20J,5.0SMDJ85CA,821KD20J,621KD20J,LY23DC24,SMBJ6.0CA,SMBJ16CA,2R800ML-8,561KD20J,SM8S36A,LY323DC24,LY23DC05,SMCJXXA,2R090LM-5T,681KD20J,2RK800KM-4

2022年11月 - 里阳半导体 - 应用及方案代理服务技术支持采购服务