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技術專題
PCB設計功率MOSFET并聯使用
在強悍的動力系統設計者應該知道所有關于MOSFET和他們的特殊電氣特點，但與MOSFET的陣列工作還可以另有一個獸。您可能會在電源轉換系統中看到的一種布置是并聯放置多個功率MOSFET。這樣可以減輕多個MOSFET的負載，以減輕系統中各個晶體管的負擔。
不幸的是，MOSFET（通常是非線性元件）不能像并聯一組電阻一樣簡單地在它們之間分配電流。就像在單個MOSFET中一樣，現在熱量也成為考慮因素，因為它決定了MOSFET的閾值行為（同樣，這適用于任何實際的非線性電路）。為了了解這些組件在這種排列方式下如何相互作用，我們需要查看MOSFET芯片內部以及并聯的功率MOSFET之間存在的寄生效應，以便防止組件自毀。
使用并聯MOSFET
與線性或非線性其他任何組件一樣，同一組件或電路網絡的多個組件可以并聯連接。對于功率MOSFET，BJT或原理圖中的其他組件組也是如此。對于必須在兩個端子上供電的MOSFET等3端子設備，所涉及的配置可能不太直觀。下圖顯示了一個電源轉換器的示例，其中四個MOSFET在轉換器的輸出側并聯連接。
DC-DC轉換器系統中并聯的四個功率MOSFET。
請注意，每個MOSFET的柵極上都有一個小電阻（稍后我將解釋原因）。VG_PWM端口上還有一個來自同步驅動器的柵極脈沖，用于同時切換每個MOSFET。換句話說，這些MOSFET并非以級聯方式驅動；它們被驅動使得它們全部導通并允許電流在同一時刻流動。
以這種方式連接MOSFET的優勢在于，每個MOSFET均可用于向負載提供較低的電流。換句話說，假設每個MOSFET的導通狀態電阻相同，則總電流在每個MOSFET中平均分配。這允許每個功率MOSFET提供高電流，同時仍具有高電流裕度，從而減少了它們產生的熱量。
并聯功率MOSFET的典型分析中沒有包括兩點：MOSFET中的寄生效應。寄生效應已經在實際組件中造成帶寬限制，濾波或諧振效應。但是，當我們有多個由高頻PWM信號并行驅動的功率MOSFET時，它們的寄生效應會相互影響，從而增加了開關期間產生不希望有的振蕩的可能性。然后，這將顯示為系統輸出上的故障，并可能導致受害MOSFET過熱。
并行模擬功率MOSFET
當您有多個并聯的功率MOSFET時，并且您想要模擬可能產生寄生振蕩的情況時，可以為您的特定MOSFET構建一個帶有柵極驅動器的簡單電路。確保已將適當的仿真模型附加到組件上，其中該模型包括組件中各個引腳之間的雜散電容。下面顯示了一個在源側負載的示例電路。
使用簡單的柵極驅動器電路檢查并聯MOSFET的簡單電路。
二極管D1是布置在用于NMOS晶體管的柵極驅動器電路中的1N914二極管。從這里開始，您只需要執行瞬態分析即可檢查MOSFET傳遞給負載的電流和功率。
請注意，此模擬中涉及一些數量：
PWM上升時間：這決定了PWM信號的帶寬，應與MOSFET的規格相匹配
PWM頻率：具有較高頻率的PWM信號會從寄生電容中看到較低的阻抗，這會將更多的功率注入到寄生反饋環路中，可能使系統諧振。
柵極電壓：由于MOSFET的響應取決于柵極電壓的大小，因此，當PWM信號切換并行陣列時，將產生任何寄生振蕩。
您可以在瞬態仿真中輕松發現寄生電感和寄生電容的影響。下例顯示了當寄生電容和電感包含在仿真模型中時，上述一對MOSFET的結果。請注意，隨著PWM信號的切換，在時域響應中可以清楚地看到較大的毛刺。
開關期間MOSFET中出現毛刺。
抑制不必要的振蕩和溫升
如前所述，如果溫度不平衡，則這些有害振蕩會在陣列中的不同MOSFET中產生。換句話說，一個MOSFET的諧振條件可能不同于另一個MOSFET。如果在給定的柵極電壓下，一個MOSFET在其他MOSFET之前經歷了強烈的振蕩，則該組件會自行損壞。因此，如果將這些組件串聯連接，則最好將它們保持在相同的溫度下。這可以通過在PCB布局中組件下方的大型散熱器或平面層來完成。
改變諧振條件的另一種方法是在驅動電路中放置一個柵極電阻器（見上文，其中包括一個小的5歐姆電阻器）。半橋LLC諧振轉換器中的MOSFET可能具有非常大的電阻器，該電阻器連接了源極和柵極以在這兩個端口之間提供高阻尼。您可以試驗這些電阻值，以檢查它們如何影響并聯電路中的阻尼。