摘要：這篇文章討論的問題涉及並聯MOSFETs在高功率，高頻開關上的應用；通過對PCB走線和重要電路參數的調測，研究了並聯驅動MOSFETs電路上，電壓，電流不平衡問題的起因；
由於具有低導通阻抗，快速開關特性，MOSFET廣泛的應用在電動自行車，電動轎車，電動工具，電動割草機等開關電源和電機驅動器上，在這些高功率應用中，通常需要並聯多個MOSFET來提高過流能力和效率。 多種因素影響高速功率MOSFET的並聯性能；實際器件參數的偏差，不對稱柵極驅動和PCB布局不佳都會導致問題；首先，並聯MOSFET中的不平衡電流會引發過電流問題，損壞一個或多個MOSFET; 其次，施加到每個MOSFET的漏極，源極電壓實際上可能不同，可能會在某個期間漏極電壓達到破壞性水平；最後，寄生振盪可能出現在每個MOSFET的柵極，導致柵極，源極電壓過高，超過其最大額定VDS，損壞一個或多個MOSFET, 本應用說明對每個問題進行了詳細研究，並提供了建議和解決方案；
在穩態條件下，並聯的MOSFET工作良好，在每個MOSFET上有相等的電壓，電流，MOSFET的導通電阻（RDS(ON)）具有正溫度係數，這意味著RDS(ON)隨著溫度的升高而增加。這種現象有助於並聯MOSFET，因為它有助於平衡多個MOSFET之間的電流。電流流向電阻最小的路徑，隨著一個MOSFET中電流的增加，功耗也會增加，從而加熱器件並增加RDS(ON), 此時，電流將流向電阻較低的其它MOSFET，導致MOSFET之間的有相同的電流。 在開關條件下，情況就大不一樣了。此時，MOSFET的動作類似於電壓控制開關，在開關的動態過程中，許多因素會導致電流和電壓的不平衡，特別是在高頻下，MOSFET的特性，包括柵極閾值電壓，正向跨導，總柵極電荷(Qg), RDS(ON)，實際驅動電路和PCB中的寄生電感，都會導致電流和電壓不平衡。MOSFET參數在器件生產時就固定了，不能在應用中更改，篩選MOSFET參數使其在價格，性能上獲得精確匹配具有挑戰性，防止出現問題的最佳方法是使用合適的柵極驅動設計技術，以確保並聯MOSFET兩端的電流，電壓保持適當的平衡。 2.1 MOSFET參數引起的電流不平衡 了解MOSFET參數以及它們如何影響並聯MOSFET應用中的電流，電壓平衡，是確定可能出現問題的正確解決方案的第一步。 柵極到源極的閾值電壓（VGS(TH)）: 並聯MOSFET通常由相同的柵極驅動器或柵極驅動信號驅動，具有較低VGS(TH)的MOSFET將比具有較高VGS(TH)的MOSFET更快的導通，這導致流過具有較低VGS(TH)的MOSFET的電流更高，從而引起電流不平衡。 正向跨導（gFS): 在MOSFET關斷的截止區和MOSFET完全導通的飽和區之間是可變電阻區，漏極電流由柵極到源極電壓VGS控制，該區域由器件的正向跨導gFS特性決定，不同的VGS將在從導通到關斷的轉換過程中出現電流不平衡，反之亦然。 柵極電荷(Qg)：總柵極電荷，導通MOSFET並使電流從漏極流向柵極所需的柵極總電荷，將顯著影響MOSFET的開關速度；當多個MOSFET並聯時，如果其中一個MOSFET的Q值較低，它將比其他MOSFET更快的導通，這種更快的導通導致該MOSFET在過渡期間處理大部分電流，從而導致另一種不平衡的電流狀態。 2.2 柵極驅動器阻抗在電流不平衡的影響，導致另一種不平衡電流狀況。 在圖1所示的柵極驅動器電路中，創建並測試了一個失配的例子，以顯示失配柵極電阻的影響。如第3節所示，建議在高頻應用中使用柵極電阻，以避免額外的複雜性，確保這些柵極電阻儘可能匹配至關重要，在圖1所示的柵極驅動電路中，Q1和Q2並聯，R1是與Q1的柵極串聯的驅動電阻，R3連接到R1和Q2的柵極，這會導致柵極驅動器不匹配。  圖2a和2b顯示了由柵極驅動電阻失配引起的導通和關斷期間的VGS，通道1顯示了Q1更快的開啟和關閉，這是柵極電阻率低的結果，與流經Q2的電流相比，更快的開關時間引發了流經Q1的更高電流，流經Q1漏極和源極寄生電感的較高電流會導致更大的電壓峰值和振鈴。圖2a和2b中Q1和Q2之間的差異表明，由於柵極驅動器電阻不匹配，Q1在轉換過程中處理的峰值電流更大。在轉換過程中平衡通過每個MOSFET的電流非常重要，以避免在並聯應用中對其中一個MOSFET施加過大的電流，使用匹配的柵極電阻是實現所需性能的關鍵。 2.3 柵極驅動電路布局對電壓不平衡的影響 在高功率，高頻應用中，PCB的寄生電感會對整個系統產生負面影響，如果漏極中的雜散電感得不到很好的控制，可能會導致MOSFET發生故障。圖3顯示了兩個並聯MOSFET中的寄生電感，有意傾斜以模擬糟糕的布局。在該電路中，Q1的漏極電感為40nH (L1), Q2的電感為20nH（L2），AOT470是本次模擬選擇的75V MOSFET.
在關斷期間，電壓將被疊加到由寄生電感和變化電流（V=L*di/dt）確定的最大漏極電壓上。如果匹配電路由相同的di/dt特性組成，並且寄生電感針對每個MOSFET進行了優化，則每個器件看到的最大漏極電壓將大致相同。 當漏極中的寄生電感不同時，由V=L di/dt引起的兩個過高電壓將不相等。這種差異反過來會影響di/dt的大小，並最終導致Q1上的漏極電壓更高。此外，由於Q1的漏極電感較大，當L1與AOT470的Coss和電路中的寄生電阻一起振鈴時，其振鈴幅度（如圖4所示）也較大。這種振鈴和關斷期間漏極上的電壓尖峰的組合很容易使MOSFET超過其最大額定漏極到源極電壓並導致故障。通過仔細設計如第2.2節所示的柵極驅動器電路，並在PCB布局過程中最小化寄生電路電感，電路設計者可以避免這些失配。 |
