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MOSFET并聯使用寄生振蕩原因分析

嘉峪檢測網        2025-02-23 09:20

MOSFET并聯使用可提高輸出電流性能,由于MOSFET以高頻率開關,其電氣特性的差異和電路寄生電感可能會導致出現瞬時電壓峰值,以及并聯MOSFET之間的電流分配不平衡,電流不平衡可能導致功率損耗過大并損壞器件。

 

MOSFET并聯使用時,最重要的是避免電流集中(包括在開關轉換期間),并確保在所有可能的負載條件下,流向所有MOSFET的電流保持平衡且均勻,應特別注意兩個方面問題:一是避免因器件特性不匹配導致的電流不平衡;二是避免并聯使用時的寄生振蕩。

 

MOSFET并聯使用時產生的振蕩是由各個器件的動作時序的差別觸發引起的振蕩,布線的不平衡或MOSFET自身離散性引起ON和OFF的時序差別時,電流偏向某個MOSFET,布線寄生電感中發生的感應電壓與旁邊的MOSFET不同引起電位差,電位差產生的能量在MOSFET的寄生電容中來回往復,出現振蕩的現象。

 

因漏源電壓振蕩導致的柵極電壓振蕩

 

開關期間MOSFET的漏極和源極中會發生浪涌電壓VSURGE,主要因為關斷期間的di/dt和漏極及引線中的寄生電感。

 

VSURGE=LD(寄生電感)*di/dt

 

VSURGE,導致的振蕩電壓通過MOSFET的漏極電容CGD傳輸到柵極,與柵極線路中的寄生電感L形成諧振電路。大電流、高頻高速MOSFET的內部柵極電阻極小。在無外部柵極電阻器的情況下,諧振電路的品質因數會很大,如果發生諧振,諧振電路會在MOSFET的柵極和源極中產生振蕩電壓,發生寄生振蕩。

 

圖1:MOS管并聯使用寄生參數等效模型

 

除非并聯MOSFET的瞬態開關電流在關斷期間平衡良好,否則電流會不均勻地分配到之后關斷的MOSFET。電流在漏極和源極中產生很大的電壓浪涌(振蕩),而電壓浪涌又傳遞到柵極,導致柵極和源極中產生振蕩電壓,如振蕩電壓過大,會導致發生柵源過電壓故障、開通故障和振蕩故障。

 

當最快的MOSFET關斷時,其漏極電壓上升,漏極電壓的上升通過柵漏電容CGD傳遞到另一個MOSFET的柵極,導致MOSFET發生意外翻轉,造成寄生振蕩。

 

并聯MOSFET的寄生振蕩原因分析

 

一般來說,并聯MOSFET比單個MOSFET更易發生寄生振蕩,并聯MOSFET電路寄生振蕩的等效電路模型如下圖所示,LD1、LD2是漏極線路的寄生電感,LS1、LS2是源極線路的寄生電感,L1和L2是柵極線路的寄生電感,CDS1、CDS2、CGS1、CGS2、CGD1、CGD2是MOSFET本體的寄生電容。

 

圖2:MOS管并聯使用寄生參數等效模型

 

并聯MOSFET Q1和Q2的電感值和電容值相等(CDS1=CDS2、CGS1=CGS2、CGD1=CGD2、LD1=LD2、LS1=LS2、L1=L2),那么當Q1和Q2在線性區發生寄生振蕩時,二者以反相運行,在這種情況下,振蕩電壓在寄生振蕩頻率下被視為0,可將其視為虛擬接地。    

 

在寄生振蕩頻率下可以認為A與B處于短路狀態,意味著寄生振蕩的發生與漏源負載、續流二極管、電源、共用柵極電阻器和柵極驅動電路無關。并聯MOSFET形成了具有高品質因數的諧振電路,由于具有高增益的反饋環路,諧振電路極易發生振蕩。

 

作為寄生振蕩環路的等效電路,簡化后的電路模型如圖3,通常LD和LS之間的關系是:

 

LD<<LS,L1和LS之間的關系是:LD<<L1,在振蕩頻率下,LS和CDS發生并聯諧振,L1和CGD發生并聯諧振,CGS電容與L1電感形成串聯諧振。

 

 

圖3:MOS管并聯使用寄生參數等效模型(半邊電路等效)

 

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來源:Internet

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