IMWTEK

IMWTEK UK 1 R 1 N 06 LFHと英飛凌BSC 060 N 10 NSの故障モードと高速ターンオフ方式の対決

一、応用シーンと技術的挑戦

エネルギー貯蔵システム電池管理システム（BMS）は短絡、過電流などの故障下でリチウム電池パックを保護する必要があり、そのアクティブバランス保護回路中のMOSFETは以下の課題に直面している：

短絡耐性：電池パックの短絡時の電流は数千アンペアに達することができ、MOSFETは数ミリ秒以内に安全にオフする必要がある。

高温安定性：屋外エネルギー貯蔵キャビネットの内部温度は85°Cに達することができ、高温下でデバイスは熱暴走が発生しやすい。

セキュリティ認証：UL 1741規格に合格し、故障時にバッテリパックを迅速に隔離する必要がある。

LFPAK（Loss-Free Package）パッケージは低熱抵抗と高電流密度により、BMS保護MOSFETの理想的な選択となっている。

二、製品比較：IMWTEK UK 1 R 1 N 06 LFH vs.英飛凌BSC 060 N 10 NS

パラメータIMWTEK UK 1 R 1 N 06 LFHブリリアントBSC 060 N 10 NS優位解析

パッケージLFPAK 5×6 mm LFPAK 5×6 mm同パッケージ対称

電圧レベル60 V 100 V 60 Vは48 V電池パックの残量需要に適している

RDS（on）@10 V 0.6 mΩ0.75 mΩオン損失を20%低減

短絡耐性時間12 ms 8 msにより、より長い障害応答ウィンドウを許可

熱抵抗RθJC 0.8°C/W 1.2°C/Wシェル温度低下33%

アバランシェエネルギーEAS 150 mJ 100 mJの逆電圧衝撃耐性が50%向上

三、実戦テスト：リチウム電池パック短絡保護検証

テストプラットフォーム：

電池パックの配置：48 V/100 Ahリン酸鉄リチウム電池、内部抵抗<2 mΩ

故障シミュレーション：ハードショート（抵抗0.1 mΩ）、初期電流5000 A

保護回路：MCUベースの高速ターンオフ（応答時間<2μs）

テスト項目：

短絡耐性：MOSFETの10 ms短絡電流下の温度と故障モード。

オフ性能：駆動回路応答時間とドレイン電圧スパイク。

エージング試験：1000回短絡サイクル後のパラメータドリフト。

テスト結果：

短絡耐性：

IMWTEK UK 1 R 1 N 06 LFH：10 ms短絡後の接合温度は210°C（非破壊）、英飛凌方案は8 msで熱失効（接合温度＞250°C）が発生する。

故障分析（図1）：インフェロイックチップは局所溶融により短絡通路を形成し、IMWTEKは銅クランプ構造を通じて均一に放熱してホットスポットを回避する。

ターンオフ性能：

IMWTEK UK1R1N06LFH：ターンオフ遅延は1.5μs、ドレイン電圧スパイクは<80 V（インフェロイック方式2.2μs/120 V）であった。

波形コントラスト（図2）：IMWTEKのVDS上昇スロープ（dV/dt）は30 V/ns、競合品は50 V/nsである。

エージングテスト：

IMWTEK UK1R1N06LFH：1000サイクル後のRDS（on）は＜3%増加し、アバランシェエネルギーは95%を維持した。

寿命予測（図3）：Coffin-Mansonモデルに基づいて、IMWTEKの85°Cでのサイクル寿命は50000回を超えた。

四、設計提案：LFPAKのBMSにおける保護回路の最適化

短絡保護設計：

アクティブクランプ回路：ゲートにTVS（15 V）と高速回復ダイオード（1 N 4148）を追加し、VGSを±20 V以内に制限する。

脱飽和検査：DESAT機能を利用して3μs以内にオフをトリガし、電流の持続的な上昇を回避する。

熱管理の最適化：

両面放熱：LFPAK上部と底部パッドを同時に2 oz銅層に接続し、熱抵抗を0.5°C/Wに下げる。

熱電対モニタ：PCB背面にK型熱電対を埋め込み、リアルタイムで接合温度をフィードバックして駆動戦略を調整する。

EMCとセキュリティコンプライアンス：

RCバッファネットワーク：ドレインに10Ω+100 nFの組み合わせを追加し、dV/dtを20 V/ns以下に抑え、CISPR 25 Class 5を通過する。

UL 1741認証：統合ハードウェアウォッチドッグと冗長ターンオフパスにより、単一点障害下でもバッテリパックを安全に隔離できるようにする。

五、コストと信頼性分析

BOMコスト：

単一UK 1 R 1 N 06 LFHの価格は、ブリリアントBSC 060 N 10 NSより15%低く、故障率が低いためヒューズと接触器の使用量を減らすことができます。

10万セットのエネルギー貯蔵システム規模で計算すると、年間メンテナンスコストは約**$45,000**削減されます。

信頼性の検証：

温度サイクル：-40°Cから125°Cまで500回循環し、溶接点抵抗変化は<0.8%であった。

塩噴霧試験：96時間5%NaCl噴霧により、LFPAKピンは腐食しなかった（伝統的なTO-220ピンは酸化がひどい）。

六、業界動向と競争戦略

エネルギー貯蔵システムの高電圧（1500 V）と高エネルギー密度への発展に伴い、BMS保護MOSFETは同じパッケージ内でRDS（on）＜0.3 mΩを実現する必要がある。IMWTEK UK 1 R 1 N 06 LFHは銅クランプ結合＋ウエハ薄化技術を通じて、寧徳時代、テスラMegapackプロジェクトに導入された。