行业标杆：特斯拉控制器是如何解决大电流方案?

大电流解决方案现状

乘用车领域已有明显突破，目前市场上已有量产30A 的 HSD 芯片可供选择，未来电流等级还将持续提升。

然而，商用车领域的情况却不容乐观。据笔者了解，各大芯片供应商暂时没有明确的新产品规划路线图，这意味着大电流应用只能采用驱动芯片 + MOSFET 分立方案。

这种分立方案存在诸多问题：

整体方案复杂，综合成本高

电流检测复杂且成本高（需要 shunt + 运放方案）

保护功能有限，响应速度慢

保护电路和策略设计复杂

诊断功能不足，设计实现难度大

大电流应用需要 MOSFET 并联设计

特斯拉的大电流解决方案

从下图可以看到，黑色小方块是功率 MOSFET，白色部分是载流铜块（SMT汇流条），用于大电流载流。黄铜色的是分流器（shunt），用于电流检测。

Shunt 并非简单铜片，对材料精度和温度系数要求极高，属于基础材料学科范畴。全球能做好这种高精度 shunt 的厂家不多，其中德国某企业表现尤为出色，但价格相对较高。

 在大电流应用中，专业的汇流条（Busbar） 也非常重新。

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大电流应用中的关键考量

在设计大电流控制电路时，除了关注 MOSFET 的额定电流及脉冲电流参数，还必须重点考虑SOA（Safe Operating Area，安全工作区）问题。

虽然专业驱动芯片已考虑以下参数：

MOS 驱动电压、电流

结电容充放电时间等开关相关参数

但若自行设计电路，上述因素都需要逐一考量。

此外：

常见的保护功能包括短路保护（基于 VDS）和过温保护

若芯片不支持 shunt 电流检测，过流、开路、电流限制等功能需软件/硬件双重实现，复杂度极高

MOSFET  并联设计

在更高电流等级的应用中，MOSFET 并联设计已成为常规手段，但这对器件一致性及整体硬件设计提出了更高要求，需重点考虑以下关键因素：

PCB 的电流均衡布局

瞬态能量的有效吸收与分配

峰值关断电压的控制策略

寄生参数引起的振荡抑制

尤其在感性负载场景中，能量释放路径若设计不当，可能导致电流优先生流至阻抗最小的通道，进而引发器件损坏。

英飞凌在其技术总结中指出：

相较于其他开关器件，并联 MOSFET 的电流不均衡在较宽的工作范围内具有自我限制能力，在稳态与动态条件下通常不会引发“热失控”；

但该特性也存在边界，若驱动参数设计不当，仍有可能导致结温过高或使器件工作状态超出安全工作区（SOA）；

因此，英飞凌推荐采用“开环式均流优化方案”，在不依赖昂贵硬件的前提下，通过合理的电路拓扑和驱动设计，有效控制电流分布，提升系统可靠性。

MOSFET 基础特性与并联应用

RDSON（导通阻抗）

是关键参数，单位 mΩ，值越小，电流能力越强，成本也更高

即使是车规级 MOS，其一致性和稳定性远优于消费级，但同批次间差异仍显著（不同晶圆来源）

这些差异虽然不会超出手册规范，但在并联应用中影响巨大。

NXP 关于MOSFET的建议

一个 MOSFET 是由多个在硅片表面并联排列的“单元”（cells）构成的。这些单元是在相同工艺条件下、同时制造完成的。当 MOSFET 完全导通并传导沟道电流时，所有单元的结温几乎一致。

由于这些单元在结构和热特性上高度一致，因此它们在电流和功率分布方面表现出良好的均衡性，同时 MOSFET 的整体参数也具有良好的可控性和一致性。

然而，即便在同一批次中，不同晶圆（wafers）上所制造的 MOSFET 芯片之间，其参数也会存在一定范围的波动。这个参数波动范围相比同一晶圆上的芯片要更宽。

即使所有芯片类型相同，不同批次之间的差异也会进一步扩大。不过，超出数据手册规格范围的 MOSFET 芯片会被筛选剔除。

成本与性能的权衡

以特斯拉使用的NVMFS5C410N-D为例：

可见：

MOSFET 规格与价格并非线性关系

规格越大，性价比越低

这也解释了为什么特斯拉选择 2×4 的并联方案：成本可控、性能可接受。

总结

大电流控制是新能源汽车电控系统的核心挑战之一。

乘用车：

已有集成解决方案

商用车与高功率场景：

仍依赖分立设计

特斯拉的方案展示了一种前沿方向，通过：

MOSFET 并联分组设计

高品质汇流条应用

实现了高效可靠的大电流控制系统。

在实际工程应用中，必须全面考虑：

电流分配

散热

保护策略

器件一致性

随着电动化持续推进，期待未来会有更多高集成度芯片，带来更简洁可靠的大电流解决方案。