回覆：功率MOSFET並聯應用
MOSFET以其開關速度快，導通電阻低等優點在開關電源及電機驅動等領域中得到了廣泛應用，如電動腳踏車、電動汽車、電工工具、電動割草機的驅動器中均廣泛地應用了MOSFET。 在大功率應用場合，往往需要多個MOSFET並聯使用。由於驅動電路、器件引數和電路佈局等的不一致，必將引起流過各並聯的MOSFET電流不均衡成使MOSFET漏極承受不同的電壓，器件可能因過電壓、過電流而損壞。另外，在並聯電路中如果驅動電路設計不當有可能會引發寄生振盪，導致器件因過壓而損壞。因此本文對並聯使用MOSFET時應注意的問題作了詳細的介紹和分析，並給出解決方法。
1. MOSFET並聯時的電流和電壓不均衡
眾所周知，MOSFET的Rds(on)為正溫度係數，Rds(on)隨著溫度的升高而升高，因此從這一點講MOSFET適宜並聯使用(並聯使用中MOSFET具有自動均流的能力)。但是MOSFET通常都工作在PWM開關模式，在開關的動態過程中有很多因素影響其電流和電壓的均衡性，而且頻率越高這種影響就越明顯。
在動態開關過程中造成電流和電壓不均衡的因素有門檻電壓、轉移特性、柵極電荷、導通電阻、線路寄生電感，驅動電路引數等。其中門檻電壓、轉移特性、柵極電荷、導通電阻等是由MOSFET在生產加工過程中形成的，在應用中我們無法改變MOSFET的這些自身引數，最多透過篩選來獲得較好的一致性，但這會增加成本。最有效的辦法是在設計時透過合理的驅動電路來保證MOSFET在工作時的電流和電壓均衡性。
1.1. MOSFET自身引數引起的電流不平衡
Vgs(th)：由於並聯MOSFET使用的是同一柵極驅動訊號，門檻電壓低的MOSFET在開通時先於門檻電壓高的MOSFET開通，從而流過較大電流，造成電流的不平衡。
gfs：由於MOSFET在開透過程和關斷過程中工作於飽和區，其漏極電流由柵極電壓控制，因此具有不同跨導的MOSFET在開通與關斷過程中電流也會不平衡。
Qg：MOSFET的柵極電荷Qg對MOSFET的開通速度有著一定的影響。當多個MOSFET並聯時，Qg小的MOSFET開關速度快，Qg大的MOSFET開關速度慢，這樣也會造成流過MOSFET的電流不平衡。
1.2.驅動電路佈線引起的電流不平衡
如圖1所示驅動電路，Q1與Q2並聯使用，其中Q1柵極加入驅動電阻R1, Q2柵極直接與驅動電阻R3相連，這樣兩個並聯的MOSFET柵極驅動電阻就不平衡。
圖1 驅動電路具有不平衡的驅動電阻
圖2a 開通波形
圖2b 關斷波形
由圖2可以看出如果使用不對稱驅動電阻，會導致MOSFET的柵極電壓波形不對稱，因此流過MOSFET的電流也不一樣。任何並聯的MOSFET都需要對稱的驅動電路，才能保證其在開通和關斷的過程中保持電流平衡。在設計中我們應儘量使並聯的MOSFET具有相同的柵極驅動電阻。
1.3.驅動電路佈線引起的電壓不平衡
在大功率高頻應用場合線路的寄生電感會對系統產生很大的影響。特別是在並聯MOSFET時，過高的漏極電感會對MOSFET的應用產生不利的影響，嚴重時導致MOSFET提前失效。
圖3為MOSFET在並聯佈線時引入了不等的漏極電感。假設Q1的漏極電感為40nH, Q2的漏極電感為20nH，使用AOT470的模型進行模擬。
圖3 不同漏極電感模擬原理圖
圖4 不同漏極電感模擬波形
MOSFET關斷時的漏極電壓應為電源電壓加上感應電壓Ldi/dt。 如果線路完全對稱，則關斷時兩個MOSFET的電流變化率di/dt相同，產生的感應電壓也應該相同，兩個MOSFET承受相同的電壓。
在漏極電感不同的情況下，由Ldi/dt的原因，在MOSFET的漏極上產生了不同的感應電壓，不同的漏極電壓反過來又影響了MOSFET關斷時的di/dt，最終導致Q1承受較高的漏極電壓。另外，由Q1的漏極電感L1較大，L1與AOT470的輸出電容Coss和線路的迴路電阻產生RLC振盪，電感越大振鈴幅值越高，如圖4中所示振鈴。這樣的振鈴和關斷時的感應電壓很容易超過MOSFET的額定電壓，從而造成MOSFET損壞。因此，在應用中我們應注意線路的寄生電感，佈線時應使寄生電感儘量小並且對稱。
2.並聯MOSFET時振盪的產生原因與抑制方法
在MOSFET並聯使用時有很多設計者喜歡將MOSFET的柵極直接並聯使用，事實上這樣容易引起MOSFET的驅動電壓振盪，嚴重時振盪的電壓幅值會超過MOSFET的柵板和漏極電壓，導致MOSFET因過壓而損壞。
2.1.產生振盪的例項
圖6 並聯MOSFET有獨立驅動電阻時關斷波形
如圖5所示，當兩個MOSFET柵極直接並聯時，在MOSET開通和關斷時會產生振盪，頻率約為150MHz。這樣的振盪電壓疊加在棚極和漏極電壓上,很容易就超過器件的耐壓而使器件損壞。
如圖6所示，當兩個MOSFET柵極分別串聯獨立的驅動電阻時，MOSFET的柵極和漏極都未出現振盪，而且由於串人的電阻相等，棚極和漏極的電壓波形幾乎相同，從而保證了並聯的MOSFET在工作中流過基本相等的電流。產品的可靠性大大提高。
2.2.原因分析
當MOSFET並聯時會形成如圖7所示的低阻抗迴路。此迴路由漏極電感、電容Cgd與柵極電阻組成，可以等效為RLC串聯電路:
RLC串聯電路的諧振頻率為:
RLC串聯電路的品質因數為:
由式(2)可知，迴路的阻抗越小其品質因數就越高，迴路的選頻特性就越好，振盪的幅值也越高。因此為避免振盪的產生，當迴路的阻抗很小時我們可透過給柵極分別串相等的電阻來抑制振盪。
圖7 MOSFET並聯時的模型
AOT474並聯時產生振盪是因為其較小的CGD，較小的CGD使並聯迴路的Q值較高。解決的方法是為每個並聯的MOSFET串聯10歐姆的柵極電阻從而降低Q值，這樣就可以抑制MOSFET的柵極振盪，如圖6所示。
下面我們透過電路模擬來進一步說明為什麼需要串聯電阻來抑制振盪。
我們採用AOT474的引數來設定模擬模型引數。由AOT474資料手冊可知，AOT474的內部柵極電阻為2.8歐姆，CGD電容為36pF。假設實際迴路的寄生電感為60nH。當MOSFET柵極直接並聯時，柵極電阻和CGD電容串聯後的等效電路如8a所示，如果在柵極各串聯10歐姆的電阻，則等效迴路如圖8b所示。
圖8a 柵極直接相連RLC迴路模型 圖8b 柵極各串聯10歐姆電阻RLC迴路模型
透過對圖8電路進行交流小訊號模擬分析，模擬結果如圖9所示。可以看出紅色Q曲線(對應圖8a電路)的品質因數Q很高，且諧振點在150MHz附近，這與實際測得波形相吻合。在各串聯10歐姆的柵極電阻後，其Q曲線比較平坦，如圖9中藍色曲線所示，這樣電路在工作中就不會產生振盪，可以獲得較好的柵極驅動波形。
3.結論
在實際使用中為了最大限度地獲得並聯均衡，應該從以下幾方面考慮：
3.1.選用同型號同批次的器件加以並聯；
3.2.根據不同的MOSFET選用相等的獨立柵極驅動電阻；
33.電路佈局對稱並儘可能緊湊，連線長度相同且儘量減短加粗，使漏極寄生電感儘可能小。
回覆：功率MOSFET並聯應用
MOSFET以其開關速度快，導通電阻低等優點在開關電源及電機驅動等領域中得到了廣泛應用，如電動腳踏車、電動汽車、電工工具、電動割草機的驅動器中均廣泛地應用了MOSFET。 在大功率應用場合，往往需要多個MOSFET並聯使用。由於驅動電路、器件引數和電路佈局等的不一致，必將引起流過各並聯的MOSFET電流不均衡成使MOSFET漏極承受不同的電壓，器件可能因過電壓、過電流而損壞。另外，在並聯電路中如果驅動電路設計不當有可能會引發寄生振盪，導致器件因過壓而損壞。因此本文對並聯使用MOSFET時應注意的問題作了詳細的介紹和分析，並給出解決方法。
1. MOSFET並聯時的電流和電壓不均衡
眾所周知，MOSFET的Rds(on)為正溫度係數，Rds(on)隨著溫度的升高而升高，因此從這一點講MOSFET適宜並聯使用(並聯使用中MOSFET具有自動均流的能力)。但是MOSFET通常都工作在PWM開關模式，在開關的動態過程中有很多因素影響其電流和電壓的均衡性，而且頻率越高這種影響就越明顯。
在動態開關過程中造成電流和電壓不均衡的因素有門檻電壓、轉移特性、柵極電荷、導通電阻、線路寄生電感，驅動電路引數等。其中門檻電壓、轉移特性、柵極電荷、導通電阻等是由MOSFET在生產加工過程中形成的，在應用中我們無法改變MOSFET的這些自身引數，最多透過篩選來獲得較好的一致性，但這會增加成本。最有效的辦法是在設計時透過合理的驅動電路來保證MOSFET在工作時的電流和電壓均衡性。
1.1. MOSFET自身引數引起的電流不平衡
Vgs(th)：由於並聯MOSFET使用的是同一柵極驅動訊號，門檻電壓低的MOSFET在開通時先於門檻電壓高的MOSFET開通，從而流過較大電流，造成電流的不平衡。
gfs：由於MOSFET在開透過程和關斷過程中工作於飽和區，其漏極電流由柵極電壓控制，因此具有不同跨導的MOSFET在開通與關斷過程中電流也會不平衡。
Qg：MOSFET的柵極電荷Qg對MOSFET的開通速度有著一定的影響。當多個MOSFET並聯時，Qg小的MOSFET開關速度快，Qg大的MOSFET開關速度慢，這樣也會造成流過MOSFET的電流不平衡。
1.2.驅動電路佈線引起的電流不平衡
如圖1所示驅動電路，Q1與Q2並聯使用，其中Q1柵極加入驅動電阻R1, Q2柵極直接與驅動電阻R3相連，這樣兩個並聯的MOSFET柵極驅動電阻就不平衡。
圖1 驅動電路具有不平衡的驅動電阻
圖2a 開通波形
圖2b 關斷波形
由圖2可以看出如果使用不對稱驅動電阻，會導致MOSFET的柵極電壓波形不對稱，因此流過MOSFET的電流也不一樣。任何並聯的MOSFET都需要對稱的驅動電路，才能保證其在開通和關斷的過程中保持電流平衡。在設計中我們應儘量使並聯的MOSFET具有相同的柵極驅動電阻。
1.3.驅動電路佈線引起的電壓不平衡
在大功率高頻應用場合線路的寄生電感會對系統產生很大的影響。特別是在並聯MOSFET時，過高的漏極電感會對MOSFET的應用產生不利的影響，嚴重時導致MOSFET提前失效。
圖3為MOSFET在並聯佈線時引入了不等的漏極電感。假設Q1的漏極電感為40nH, Q2的漏極電感為20nH，使用AOT470的模型進行模擬。
圖3 不同漏極電感模擬原理圖
圖4 不同漏極電感模擬波形
MOSFET關斷時的漏極電壓應為電源電壓加上感應電壓Ldi/dt。 如果線路完全對稱，則關斷時兩個MOSFET的電流變化率di/dt相同，產生的感應電壓也應該相同，兩個MOSFET承受相同的電壓。
在漏極電感不同的情況下，由Ldi/dt的原因，在MOSFET的漏極上產生了不同的感應電壓，不同的漏極電壓反過來又影響了MOSFET關斷時的di/dt，最終導致Q1承受較高的漏極電壓。另外，由Q1的漏極電感L1較大，L1與AOT470的輸出電容Coss和線路的迴路電阻產生RLC振盪，電感越大振鈴幅值越高，如圖4中所示振鈴。這樣的振鈴和關斷時的感應電壓很容易超過MOSFET的額定電壓，從而造成MOSFET損壞。因此，在應用中我們應注意線路的寄生電感，佈線時應使寄生電感儘量小並且對稱。
2.並聯MOSFET時振盪的產生原因與抑制方法
在MOSFET並聯使用時有很多設計者喜歡將MOSFET的柵極直接並聯使用，事實上這樣容易引起MOSFET的驅動電壓振盪，嚴重時振盪的電壓幅值會超過MOSFET的柵板和漏極電壓，導致MOSFET因過壓而損壞。
2.1.產生振盪的例項
圖6 並聯MOSFET有獨立驅動電阻時關斷波形
如圖5所示，當兩個MOSFET柵極直接並聯時，在MOSET開通和關斷時會產生振盪，頻率約為150MHz。這樣的振盪電壓疊加在棚極和漏極電壓上,很容易就超過器件的耐壓而使器件損壞。
如圖6所示，當兩個MOSFET柵極分別串聯獨立的驅動電阻時，MOSFET的柵極和漏極都未出現振盪，而且由於串人的電阻相等，棚極和漏極的電壓波形幾乎相同，從而保證了並聯的MOSFET在工作中流過基本相等的電流。產品的可靠性大大提高。
2.2.原因分析
當MOSFET並聯時會形成如圖7所示的低阻抗迴路。此迴路由漏極電感、電容Cgd與柵極電阻組成，可以等效為RLC串聯電路:
RLC串聯電路的諧振頻率為:
RLC串聯電路的品質因數為:
由式(2)可知，迴路的阻抗越小其品質因數就越高，迴路的選頻特性就越好，振盪的幅值也越高。因此為避免振盪的產生，當迴路的阻抗很小時我們可透過給柵極分別串相等的電阻來抑制振盪。
圖7 MOSFET並聯時的模型
AOT474並聯時產生振盪是因為其較小的CGD，較小的CGD使並聯迴路的Q值較高。解決的方法是為每個並聯的MOSFET串聯10歐姆的柵極電阻從而降低Q值，這樣就可以抑制MOSFET的柵極振盪，如圖6所示。
下面我們透過電路模擬來進一步說明為什麼需要串聯電阻來抑制振盪。
我們採用AOT474的引數來設定模擬模型引數。由AOT474資料手冊可知，AOT474的內部柵極電阻為2.8歐姆，CGD電容為36pF。假設實際迴路的寄生電感為60nH。當MOSFET柵極直接並聯時，柵極電阻和CGD電容串聯後的等效電路如8a所示，如果在柵極各串聯10歐姆的電阻，則等效迴路如圖8b所示。
圖8a 柵極直接相連RLC迴路模型 圖8b 柵極各串聯10歐姆電阻RLC迴路模型
透過對圖8電路進行交流小訊號模擬分析，模擬結果如圖9所示。可以看出紅色Q曲線(對應圖8a電路)的品質因數Q很高，且諧振點在150MHz附近，這與實際測得波形相吻合。在各串聯10歐姆的柵極電阻後，其Q曲線比較平坦，如圖9中藍色曲線所示，這樣電路在工作中就不會產生振盪，可以獲得較好的柵極驅動波形。
3.結論
在實際使用中為了最大限度地獲得並聯均衡，應該從以下幾方面考慮：
3.1.選用同型號同批次的器件加以並聯；
3.2.根據不同的MOSFET選用相等的獨立柵極驅動電阻；
33.電路佈局對稱並儘可能緊湊，連線長度相同且儘量減短加粗，使漏極寄生電感儘可能小。