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1、并联MOSFET的漏电流动态共享2008.8.1作者： Cesare Bocchiola, International Rectifier Pavia LLC并联HEXFET MOSFET中的动态电流共享问题多年前就已解决。关于MOSFET导通和断开现象，以及并联MOSFET 作为其特性和外部布局功能的运转，相关资料都已详细说明。然而，这些研究提供的只是用于静态共享的闭合分析程式，而对于动态共享则建议使用半定蜀图解分析程式。此外，这 些程式包括一些近似值，不容易使用，并且未考虑所有参数值离散的影响。正确利用现代计算机辅助分析可以开发更加 全面的和用户易操作的仿真工具。本文将介绍Matlab/S
2、imulink模型，该模型允许模拟N个并联MOSFET的动态运转情况，在标准电脑上运行，并将结 温方面的（一些）参数变化纳入考虑范围。模型特性 该模型得到普遍采用一一尽管其最初开发目的是用于分析低压汽车应用逆变器支路，而在此情况下若干个MOSFET并联运行，用于增加逆变器的电流容量（如图1所示）。假定负载电流不变（因此由电流电源表示），当高L/R负荷（比如发动机的相位）是由以远高于L/R时间常量的切换频 率运行的M相逆变器驱动时，通常会出现这种情况。起点是MOSFET模型，还有源电感和漏极电感。当考虑到现代逆 变器时，Ls的作用可能与Ld的作用同样重要，特别是在使用SMD技术时。事实上，尽管源
3、电感主要是由设备自身支 配，并且不能低于特定值（通常是每设备5-10nH），但是Ld原则上可根据适当的用户安排“随意”减少。因此，在该模型中，Ld的影响忽略不计。我们使用一组等式对MOSFET进行建模，方法如下: 等式1:诅=GF陀-刑彼 M 踞 (Vgs-Vt)等式Ibis：此 GCW 2* (V苧MWdsYds l1在本例中，M1平均会比其他MOSFET多消耗112W。考虑其Rthjc （0.9 C/W）,这意味着大约相差100 C。这一差 别本身就使M1远远胜过Tjmax。此外，Tj的增加反过来将使阈值电压Vth1减少大约0.9V，从而进一步加剧不均衡的 情况。通过利用Tj减少gfs，可
4、部分抵消这一影响：a）RDS（on）随着Tj增加。这实际上减少了欧姆区的同等Gf。b）如数据表所示，线性范围内的Gf也随着Tj的增加而减少。因为模型不允许合时仿真多个切换循环，因此不能强调温度失控问题的发生。所幸的是，可用另一种更加快捷的方式来 检查失控的发生。任意APloss都可产生一个ATj，它依次产生-AVth和-Agfs。反过来，-AVth可产生一个正AP变量，-Agfs可产生一个负 P。因此可产生一个反馈环路，其总体相位变化可能是正值，也可能是负值，取决于这两个参数变量（Vth或gfs）中 哪个具有主导作用。总体环路增益是由以下提供:Gloop = (kVth*dAPloss/dAV
5、th+kgm*dAPloss/dAgfs)*Rthjc.通过多次运行模拟可获得部分衍生值，每次把一个参数的值改为新值是由前一次仿真计算的温度变化决定的。除了预测关于设备参数扩展方面设计临界点之外，该模型还可成功用于指出其他临界点，例如由于布局导致的额外源寄 生电感，或者非最优化的栅极驱动级设计。众所周知，实际上，我们可日益提高接通和断开速度以及改善动态共享。该模型可迅速检验切换速度对动态电流共享的 影响。结束语本文介绍了用于仿真并联MOSFET的漏源电流动态共享的模型。该模型尽管非常简单，并且提出了一定程度的近似法， 但当若干个MOSFET并联放置时，该模型可用于快速识别可能发生的紧急状况，特
6、别是在逆变器应用中。该模型已成 功用于解决多项重大应用问题，其中包括由于非优化设计而产生的MOSFET严重损害问题。参考资料：1. International Rectifier AN941: Paralleling HEXFET Power MOSFETs2. International Rectifier AN947: Understanding HEXFET Switching Performance3. International Rectifier AN1001: A More Realistic Characterization of Power MOSFET Output Capacitance Coss4. J.B.Forsythe: “Paralleling of Power MOSFETs”； IEEE-IAS Conference Record, October 1981.Captions：图1. Matlab/Simulink模型允许模拟N个并联MOSFET的动态行为。图2.上半部分显示了完整的MOSFET模型，下半部分则显示整个系统模型。图3.三部分阈值电压和导通阻抗最坏情况蔓延。图4,显示当采用了最坏情况条件时的仿真结果。
