怎樣通過并聯(lián)碳化硅MOSFET獲得更多功率呢？

為了劃分所涉及的功率并創(chuàng)建可以承受更多功率的器件，開關(guān)、電阻器和 MOSFET 并聯(lián)連接。要提高輸出電流的容量，您可以將它們并聯(lián)。與其他更陳舊的組件相比，并聯(lián)連接通常更容易且不太重要，因?yàn)樗鼈儾皇軣岵环€(wěn)定的影響。

此外，SiC MOSFET可以與其他類似器件連接并并聯(lián)工作。在典型情況下，許多并聯(lián)單元之間的直接連接可以有效地工作，但在涉及溫度、電流和工作頻率的極端情況下，工作條件可能會(huì)惡化。因此，為了充分利用功率器件并聯(lián)帶來的好處，必須注意構(gòu)建防故障電路。

一些注意事項(xiàng)

當(dāng)功率器件具有相同的電氣特性和相同的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為時(shí)，將它們并聯(lián)是可行的。然而，由于眾多標(biāo)本之間總是存在一些差異，這在現(xiàn)實(shí)中是不可能的。MOSFET 用作電子開關(guān)，用于在靜態(tài)狀態(tài)下工作的選定應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)“慢速”開關(guān)。

但是，大多數(shù)應(yīng)用都涉及快速、連續(xù)的切換。即使在相同型號(hào)的MOSFET中，其電氣特性的微?。ㄉ踔岭y以察覺）變化也會(huì)導(dǎo)致短暫的電壓尖峰和電流分布的整體不平衡。此問題可能導(dǎo)致大量功率損耗、電路明顯發(fā)熱和電子元件故障。

設(shè)計(jì)人員必須研究電路，以便在所有工作條件下，傳輸中的電流在所有相同性質(zhì)的功率器件上保持良好平衡和均勻。切換設(shè)備時(shí)，建議避免電流集中在某些電子元件上。事實(shí)上，這可能會(huì)導(dǎo)致不必要的振蕩過程和電子開關(guān)操作的不平衡。通常，由非理想并聯(lián)引起的問題和原因可能如下：

設(shè)備的參數(shù)彼此不對(duì)應(yīng)

導(dǎo)通電阻不匹配（RDS（導(dǎo)通）)

柵源電壓不匹配（VGS)

柵極驅(qū)動(dòng)器不匹配

電源電路不匹配。

導(dǎo)通電阻

導(dǎo)通電阻RDS（on）是MOSFET的基本參數(shù)之一。它會(huì)影響許多工作因素，例如元件耗散、傳輸中的最大電流、系統(tǒng)效率和傳導(dǎo)損耗。如果MOSFET關(guān)閉，則漏源電壓較高，并且沒有電流流動(dòng)。另一方面，當(dāng)它處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，漏源電壓下降到幾百毫伏。

SiC MOSFET的RDS（on）參數(shù)對(duì)溫度非常敏感，因此在設(shè)計(jì)并聯(lián)器件的電路時(shí)必須小心（參見圖1中的圖表）。其內(nèi)部構(gòu)象決定了負(fù)溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)，因此可能發(fā)生電流不平衡。該圖證實(shí)，根據(jù)SiC MOSFET的結(jié)溫，溝道的電阻會(huì)發(fā)生變化。

許多設(shè)備示例的簡單并行化可能會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)橐粋€(gè)組件可能比另一個(gè)組件傳遞更多的電流。因此，有必要平等地散發(fā)所有MOSFET的熱量。

圖 1：RDS（on） 與結(jié)溫的關(guān)系

各種不平衡

當(dāng)MOSFET開路時(shí)，一個(gè)小電流并聯(lián)通過電子開關(guān)，與其激活電阻成反比。顯然，電阻最低的設(shè)備傳輸更多的電流。幸運(yùn)的是，SiC MOSFET的特點(diǎn)是正溫度補(bǔ)償，因此電路中發(fā)生了更自然的平衡，將元件的熱破壞限制在最低限度。另一方面，MOSFET中包含的二極管表現(xiàn)不同，隨著電流的通過，溫度通過減少傳輸中的電流而升高。轉(zhuǎn)換期間可能會(huì)出現(xiàn)電流不平衡，尤其是在通電和關(guān)機(jī)期間。

不必要的振蕩

振蕩是改變?cè)O(shè)備正常運(yùn)行的高頻信號(hào)。實(shí)際上，MOSFET的特殊構(gòu)象構(gòu)成了一個(gè)諧振電路，配備有電容（C）和電感（L）。這兩種元素顯然都是寄生成分。如果沒有外部柵極電阻，諧振電路將具有非常高的Q因數(shù)。

如果發(fā)生諧振，則在“柵極”和“源極”端子之間產(chǎn)生重要的振蕩信號(hào)，產(chǎn)生寄生和不需要的振蕩，對(duì)應(yīng)于“漏極”和“源極”端子之間的相等振蕩。過高的振蕩電壓可能導(dǎo)致誤點(diǎn)火或MOSFET操作中斷。然而，一般來說，SiC MOSFET的并聯(lián)不涉及很高的振蕩風(fēng)險(xiǎn)，因此通過必要的預(yù)防措施，電路可以毫無問題地運(yùn)行。

解決方案

如今，有許多公司通過并聯(lián)多個(gè)MOSFET來生產(chǎn)SiC功率模塊，當(dāng)然，也采取了一些預(yù)防措施。有些制造商獲得了非常強(qiáng)大的組件，因?yàn)樵谶@種類型的連接中，增加了耗散功率，最重要的是，RDS（開啟）參數(shù)減小，就像電阻并聯(lián)連接中發(fā)生的情況一樣。

通常，SiC MOSFET無需特殊措施即可并聯(lián)連接，因?yàn)楫?dāng)它們過熱時(shí)，它們會(huì)增加其內(nèi)阻，盡管各個(gè)組件存在固有差異，但仍相當(dāng)均勻地分配負(fù)載。其中一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是“柵極”容量增加，這導(dǎo)致SiC MOSFET導(dǎo)通時(shí)間增加。在這些情況下，柵極電流必須大大增加，具體取決于并聯(lián)的設(shè)備數(shù)量。在高頻情況下，這一事實(shí)可能會(huì)變得不可接受。

對(duì)于較舊的功率組件（例如IGBT），設(shè)計(jì)人員必須克服不斷的挑戰(zhàn)（平衡、出色的驅(qū)動(dòng)器等），才能在功率器件之間建立良好的并聯(lián)連接。當(dāng)使用SiC MOSFET時(shí)，這種挑戰(zhàn)可能會(huì)增加，因?yàn)樗婕暗拈_關(guān)頻率要高得多。元件并聯(lián)的主要目的是實(shí)現(xiàn)更高的額定電流。

設(shè)計(jì)人員還需要研究PCB布局。它們應(yīng)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以分散產(chǎn)生的熱量并大幅降低寄生電感。因此，這些解決方案提供了SiC MOSFET的正確并聯(lián)連接，以增加傳輸中的電流和功率水平。但是，需要遵循一些注意事項(xiàng)：

閾值電壓可能發(fā)生電流不平衡

由于寄生電感不對(duì)稱，可能出現(xiàn)電流不平衡

可能的波動(dòng)

如今，公司已經(jīng)達(dá)到了高度的制造完美度，并制造出彼此幾乎相同的SiC MOSFET元件，并且發(fā)生不平衡的可能性很小。然而，閾值較低的器件具有較高的瞬態(tài)，因此開關(guān)和傳導(dǎo)損耗較高，總功率損耗較高。通常，如果流在負(fù)載上的電流大于要使用的每個(gè)設(shè)備的標(biāo)稱值，則可以安全地并聯(lián)兩個(gè)設(shè)備，以使流過每個(gè)開關(guān)的電流減半。圖2顯示了一種解決方案，該解決方案允許采用一個(gè)外部柵極電阻（每個(gè)MOSFET）來減少各種器件之間開關(guān)的變化。采用外部柵極電阻器并不是奇跡，不平衡可能仍然存在。在某些情況下，在此配置中，VGS也可能由于兩個(gè)MOSFET之間存在RLC諧振電路而振蕩。

碳化硅 MOSFET 的特點(diǎn)是溫度系數(shù)為正。它在共享靜態(tài)電流時(shí)用作負(fù)反饋。如果設(shè)備消耗更多電流，它會(huì)發(fā)熱，從而增加其 RDS（導(dǎo)通）。通過這種方式，傳輸中的電流減少了，也降低了熱不平衡水平。此外，它們顯示開關(guān)損耗隨溫度的增加非常小。

最后，SiC MOSFET的跨導(dǎo)曲線更柔和，柵極電壓的微小變化對(duì)電流的影響較小，有利于多個(gè)器件之間的動(dòng)態(tài)電流共享。