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  • mos管電流電壓并聯應用詳解
    • 發布時間:2024-07-10 16:23:18
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    mos管電流電壓并聯應用詳解
    在穩態條件下,并聯mosfet工作良好,共享電流,在每個相同的電壓。MOSFET的on電阻(Roslon)具有正的溫度系數,即Rps(on)隨著溫度的升高而增大。這種已知的現象有助于并聯mosfet,因為它有助于平衡多個mosfet之間的電流。電流通過電阻最小的路徑,當電流在一個MOSFET中增加時,功率損耗也會增加,加熱器件并增加Ros(on)。此時,電流將流向另一個電阻較低的mosfet,從而導致mosfet之間的固有電流共享。
    在轉換條件下,情況就完全不同了。一般來說,MOSFET表現得像一個電壓控制開關。在開關的動態過程中,許多因素會引起電流和電壓的不平衡,特別是在高頻時。MOSFET的特性,包括柵閾值電壓、正向跨導、總柵電荷(Q)、Ros(on)、實際驅動電路和PCB中的寄生電感,都是造成電流和電壓失衡的因素。MOSFET的參數在器件生產時是固定的,在實際應用中是不能改變的,篩選MOSFET以獲得精確匹配的參數在經濟上具有挑戰性。防止這些問題的最好方法是使用適當的柵驅動器設計技術,以確保并聯mosfet之間的電流和電壓是適當平衡的。
    1、由MOSFET參數引起的電流不平衡
    了解MOSFET參數以及它們如何影響并聯MOSFET應用中的電流和電壓平衡是確定可能出現的問題的正確解決方案的重要的第一步。
    閾值電壓,門到sourec (VsstTH):并聯mosfet通常由相同的門驅動器或門驅動器信號驅動。門到源閾值電壓(Vas(TH)較低的MOSFET會比VsTH稍高的第二MOSFET打開得更快,這導致VGs(TH)較低的MOSFET流過的電流更大,電流不平衡。
    正向跨導(grs:在MOSFET關閉的截止區和MOSFET完全打開的歐姆區之間的飽和區,漏電流由柵極到源極電壓(Vas)控制。該區域由器件的正向跨導(gFs)特性控制,不同的門到源電壓會在開關轉換過程中造成電流不平衡,反之亦然。
    柵極電荷(Q總柵極電荷,打開MOSFET并使電流從漏極流向源所需的柵極總電荷)將顯著影響MOSFET的開關速度。當多個mosfet并行時,如果其中一個mosfet的Q值較低,那么它將比其他mosfet更快地啟動。這種更快的打開導致MOSFET在過渡期間處理大部分電流,導致另一種不平衡電流條件
    2、閘極驅動電阻對電流不平衡的影響
    在圖1所示的柵極驅動電路中,故意產生了不匹配,并進行了測試,以顯示不匹配的柵極電阻的影響。如第3節所示,在高頻應用中推薦使用柵極電阻,以避免額外的并發癥,確保這些柵極電阻盡可能匹配是至關重要的。在圖1所示的柵極驅動電路中,Q1和Q2是并聯的。R1是與Q1門串聯的驅動電阻。R3與R1和Q2的門相連。這將導致門驅動程序不匹配
    mos管電流電壓并聯
    mos管電流電壓并聯
    圖2a和圖2b顯示了由于柵極驅動電阻失配而導致的開關過程中柵極到源極的電壓。通道1顯示Q1的開斷時間更快,這是門電阻略低的結果。與流過Q2的電流相比,這些更快的開關時間會導致流過Q1的電流更大。Q1源和漏極的寄生電感電流越高,產生的電壓峰值和振鈴越大。圖2a和圖2b中Q1和Q2之間的差異表明,Q1在過渡過程中處理更大的峰值電流,這是由于柵驅動電阻不匹配造成的。在過渡過程中平衡通過每個MOSFET的電流是很重要的,以避免在并行應用程序中對其中一個MOSFET施加過大的應力,使用匹配的門電阻是實現所需性能的關鍵。
    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控制不好,可能會導致MOSFET失效。
    圖3顯示了兩個并聯的mosfet中的寄生電感,故意偏置以模擬較差的布局。
    在該電路中,Q1的漏電感為40nH (L1), Q2的電感為20nH (L2)。AOT470是一個75V的MOSFET,是為這個模擬選擇的。
    mos管電流電壓并聯
    mos管電流電壓并聯
    在關斷過程中,由寄生電感和變化電流(V =L* di/dt)決定的最大漏極電壓加上一個電壓。如果匹配電路具有相同的di/dt特性,并且對每個MOSFET的寄生電感進行優化,那么每個器件所看到的最大漏電壓將近似相同
    當管中寄生電感不同時,V = L* di/dt項引起的兩個過電壓是不相等的。這種差異反過來影響pi/dt的大小,并最終導致Q1的漏極電壓更高。此外,由于Q1的漏電感較大,當L1環中Coss為AOT470且電路中存在寄生電阻時,Q1的振鈴幅度也較大(如圖4所示)。在關斷過程中,振鈴和漏極上的電壓尖峰的組合很容易使MOSFET超過其最大的額定漏源電壓并導致故障。通過仔細設計如圖2.2所示的柵極驅動電路,在PCB布線時盡量減小寄生電路電感,電路設計人員可以避免這些不匹配。
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