通过并联 SiC MOSFET 获得更多功率

开关、电阻器和MOSFET的并联连接的目的是划分所涉及的功率并创建可以承受更大功率的设备。它们可以并联以增加输出电流的容量。因为它们不受热影响不稳定性，并联连接通常比其他更过时的组件更简单，更不重要。碳化硅MOSFET也可以与其他同类器件并联使用。多个单元之间的简单并联在正常条件下工作良好，但在与温度、电流和工作频率相关的异常事件中，操作条件可能变得至关重要。因此，必须采取一定的预防措施来创建防故障电路，以便它们能够充分利用功率器件并联所提供的优势。

要记住的几件事

在实践中，功率器件的并联当它们具有相同的电气特性和相同的静态和动态行为时，这是可能的。但实际上，这不可能发生，因为各种标本之间总是存在一些差异。在一些应用中，MOSFET 在静态状态下工作，并充当电子开关，用于“缓慢”打开和关闭。但大多数应用都涉及高频下的连续开关操作。即使是相同型号的多个 MOSFET 之间电气特性的微小(甚至是难以察觉的)差异也会触发瞬时电压尖峰和电流分布的普遍不平衡。这个问题可能导致高功率损失，电路高热和电子元件损坏。设计人员必须研究电路，以便在所有工作条件下，传输中的电流在所有相同性质的功率设备上都非常平衡且均匀。切换设备时，建议避免电流集中在某些电子元件上。事实上，这可能会在电子开关的操作中引起不必要的振荡过程和不平衡。一般来说，非理想并联导致的问题和原因可能如下：

· 设备参数不对应

· 通态电阻失配 (R DS(on) )

· 栅源电压失配 (V GS )

· 栅极驱动器不匹配

· 电源电路不匹配

通态电阻

R DS(on)是 MOSFET 的基本参数之一。它会影响许多操作因素，例如组件耗散、传输中的最大电流、系统效率和传导损耗。如果 MOSFET 关闭，则漏源电压很高，没有电流流过。另一方面，当它处于活动状态时，漏源电压下降到几百毫伏。SiC MOSFET的 R DS(on)参数对温度非常敏感，因此在设计具有并联器件的电路时必须小心。它的内部构造决定了一个负温度系数和一个正温度系数，因此可能会出现电流不平衡。该图证实，根据 SiC MOSFET 的结温，沟道电阻会发生变化。许多设备示例的简单并行化可能会产生问题，因为一个组件可能比另一个组件传递更多的电流。因此，有必要将所有 MOSFET 的热量均等地散发出去。

各种不平衡

当 MOSFET 打开时，一个小电流通过并联的电子开关，与它们的激活电阻成反比。显然，电阻最低的设备传输更多的电流。幸运的是，SiC MOSFET 具有正温度补偿的特点，因此电路中会出现更自然的平衡，从而将组件的热破坏降至最低。另一方面，包含在 MOSFET 中的二极管表现不同，并且随着电流的通过，温度会通过减少传输中的电流而升高。在转换过程中可能会出现电流不平衡，尤其是在电源开启和关闭期间。

不需要的振荡

振荡是改变设备正确功能的高频信号。事实上，MOSFET 的特殊构造构成了一个谐振电路，配备了一个电容 (C) 和一个电感 (L)。这两种元素显然都是寄生成分。如果没有外部栅极电阻器，谐振电路将具有非常高的 Q 因子。如果发生谐振，则在“栅极”和“源极”端子之间会产生重要的振荡信号，从而产生与“漏极”和“源极”端子之间的相等振荡相对应的寄生和不需要的振荡。过高的振荡电压可能导致误点火或 MOSFET 工作中断。但是，一般而言，SiC MOSFET 的并联连接不会产生很高的振荡风险，因此采取必要的预防措施，

解决方案

如今，有许多公司通过并联多个 MOSFET 来生产 SiC 功率模块，当然，也采取了一些预防措施。有些制造商获得了非常强大的组件，因为在这种类型的连接中，增加了耗散功率，最重要的是，R DS(on)参数减小，就像电阻并联时发生的一样。一般来说，SiC MOSFET无需特殊措施即可并联，因为当它们过热时，它们会提高内部电阻，尽管各个组件存在固有差异，但负载分布相当均匀。明显的缺点之一是“栅极”容量的增加，这会导致 SiC MOSFET 的开启时间增加。在这些情况下，栅极电流必须显着增加，具体取决于并联连接的器件数量。在高频率下，这个事实可能变得不可接受。对于较旧的功率元件(例如 IGBT)，设计人员必须克服不断的挑战(平衡、出色的驱动器等)，以在功率器件之间建立良好的并联连接。使用 SiC MOSFET 时，此类挑战可能会增加，因为所涉及的开关频率要高得多。元件并联的主要目的是实现更高的额定电流。设计人员还需要研究 PCB 布局。它们应具有对称结构以分散产生的热量并大大降低寄生电感。因此，这些解决方案提供了 SiC MOSFET 的正确并联连接，以增加传输电流和功率水平。但是，有一些注意事项需要遵循：它们应具有对称结构以分散产生的热量并大大降低寄生电感。因此，这些解决方案提供了 SiC MOSFET 的正确并联连接，以增加传输电流和功率水平。但是，有一些注意事项需要遵循：它们应具有对称结构以分散产生的热量并大大降低寄生电感。因此，这些解决方案提供了 SiC MOSFET 的正确并联连接，以增加传输电流和功率水平。但是，有一些注意事项需要遵循：

· 阈值电压可能出现电流不平衡

· 由于不对称寄生电感可能出现电流不平衡

· 可能的波动

如今，企业已经达到了高度的制造完美性，制造出几乎完全相同的 SiC MOSFET 组件，几乎不会出现不平衡的情况。然而，具有较低阈值的器件具有较高的瞬态，因此具有较高的开关和传导损耗，具有较高的总功率损耗。一般来说，如果负载上流过的电流大于每个要使用的器件的标称值，则可以安全地并联两个器件，将流过每个开关的电流减半。图 2 显示了一种解决方案，该解决方案采用一个外部栅极电阻器，每个 MOSFET 一个，以减少各种器件之间切换的变化。采用外部栅极电阻并不是奇迹，不平衡可能仍然存在。在某些情况下，由于两个 MOSFET 之间存在 RLC 谐振电路，GS也可能发生振荡。

结论

SiC MOSFET 的特点是具有正温度系数。它在共享静态电流时用作负反馈。如果设备消耗更多电流，它就会升温，从而增加其 R DS(on)。这样，传输中的电流就减少了，也降低了热不平衡的程度。此外，它们显示出开关损耗随温度的微小增加。最后，SiC MOSFET 的跨导曲线更柔和，栅极电压的微小变化对电流的影响更小，便于在多个器件之间动态共享电流。