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并联mosfet提高电流处理能力

作者Cadence PCB解决方案

关键的外卖

  • 定义MOSFET的主要电气规格是其漏极电流(ID)和漏极与源极之间的最大电压(VDS)。

  • 如果平行的mosfet彼此完全相同，那么组合可以被视为一个单一的组件。

  • 电流不平衡和寄生振荡是大多数并联mosfet组合所面临的两个关键问题。

并联的mosfet

并行的mosfet在航空航天和汽车工业中很常见

作为航空航天行业的电力电子工程师，我曾从事过几种电力转换器的工作。这些电源转换器大多是用于将电池电源转换为所需大小和频率的交流电源的逆变器。采用并联SiC mosfet实现了逆变器的单开关。并联的mosfet有助于逆变器处理更多的电流和提高热稳定性好系统的。并行的mosfet在航空航天和汽车工业中很常见。在本文中，我们将并行讨论mosfet的基础知识。

mosfet的关键电性能参数

mosfet是当今大功率变换器中广泛应用的电力电子开关器件。它们可以作为单个开关或模块使用。在MOSFET模块中，有不同的配置，如半桥，h桥或六组，这些都是专门为高频应用而设计的。

定义MOSFET的主要电气规格是其漏极电流(ID)和漏极与源极之间的最大电压(VDS)。在选择MOSFET时，设计人员必须确定电压和电压与交换机相关的电流在给定的应用中均小于其额定值。

mosfet的关键电性能参数，VDS和ID是在外壳温度下指定的，通常标记为Tc。应用工作温度可能与外壳温度不同，在此温度下获得MOSFET规格是很重要的。电压降，电流，电阻，和MOSFET的功耗随着温度的变化而变化，了解这些在工作温度下的值有助于设计人员选择适当的设备。

选择场效应管

MOSFET的导通电阻在器件的选择中起着重要的作用。对于给定的应用，MOSFET在所需工作温度下的导通电阻(RDS(on))由归一化导通电阻与温度图获得。在相同温度下，MOSFET的功耗(ptt)是根据数据表中的功耗与温度图测量的。通过将RDS(on)和ptt代入基本功率方程，可计算出所需工作温度下的设备额定电流。

对于给定的工作温度，MOSFET的选择是基于应用电流是否小于在该温度下计算的额定电流。如果更少，可以选择MOSFET。如果应用电流超过额定电流，就会使结过热而损坏开关。在大多数情况下，发生的事情是我们无法找到一个合适的MOSFET模块或器件，以匹配应用的电气和热要求。在这种情况下，可选择将mosfet并联以提高其电流处理能力和随温度升高的功耗。

让我们来看看与单个mosfet相比，并行mosfet如何处理更多的负载。

平行mosfet

一般来说，单个mosfet无法满足功率转换器所要求的极高电流水平。为了满足高功率应用的电流要求，可以并联多个mosfet。并联的mosfet处理更大的电流，可以使用一个栅极输出驱动。例如，通过将单个MOSFET替换为两个并行的MOSFET，并由一个门信号同时驱动，电流容量可以大约增加一倍。如果平行的mosfet完全相同，那么它们在接通时共享相同的电流。

如果平行的mosfet彼此完全相同，那么组合可以被视为一个单一的组件。这种并联mosfet的有效导通电阻RDS(on)大大降低，因此与组合相关的功率损失也大大降低。随着功率损耗的降低，MOSFET的结温保持在限制范围内。并联提高了所连接MOSFET的热稳定性，即使当通过并联支路的总电流大于单个器件额定电流时也是如此。

然而，要找到两个完全相同的mosfet是不可能的。并联的mosfet之间的参数不匹配导致了关键问题。电流不平衡和寄生振荡是大多数并联mosfet组合所面临的两个关键问题。

并联mosfet的不平等电流共享

并联的mosfet与一个概念相连接，即每个器件处理通过它的均匀电流，并且在器件的动态或稳态传导期间没有电流集中。然而，有条件打破电流共享之间的mosfet并行。

当存在参数不匹配时，例如RDS(on)的差异，导通电阻最低的MOSFET携带的电流最高。然而，由于RDS(on)的正温度系数，这种电流不平衡得到了补偿。由于器件携带更多的电流，它比其他并联mosfet加热更快，这增加了其导通电阻值。导通电阻的提高降低了通过它的电流，最终平衡了所有并联mosfet的电流流量和功耗。

然而，当mosfet通过体二极管反向导电时，情况就不是这样了。体二极管的正向电压随着温升而降低，使更多的电流通过它。随着时间的推移，电流不平衡增加并导致热失控，同时破坏mosfet。

不对称的电路布线会加剧加热，因为在并联的mosfet中看到的电流不平衡。一个对称的mosfet布局模拟模拟可以帮助缓解单MOSFET或并联MOSFET开关转换器的问题。

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