热插拔电路中的LTC4226并联MOSFET

作者;Dan Eddleman and Gabino Alonso

虽然在热插拔™电路中使用多个并联MOSFET通常是可取的，有时甚至是绝对关键的，但仔细分析安全工作区（SOA）至关重要。电路中每增加一个并联MOSFET，就会改善应用的压降、功率损耗和随之而来的温升。但是，并联MOSFET并不一定能提高电路的瞬态功率能力。除非每个 MOSFET 都由独立的控制环路驱动，否则临时高功率事件（例如初始导通到负载或电流限制进入短路故障）往往会将功率集中到单个 MOSFET 中。

话虽如此，只要每个 MOSFET 的 SOA 能够承受整个瞬态事件，就可以安全地并联 MOSFET 以使用单个控制环路来降低总电阻。

善

良好的SOA：使用具有独立控制环路的并联MOSFET

MOSFET 安全工作区和热插拔电路一文中的 12V/18A LTC4226 应用电路使用两个控制环路来驱动两个 MOSFET。当您在LTspice中运行GOOD SOA仿真示例时，SOAtherm模型通过指示MOSFET结温来验证SOA。在此仿真中，最坏情况发生在输出短路至地的1秒。一个 2V 电压源与一个 MOSFET 的栅极串联，以模拟阈值失配。（这表示制造商的工艺变化以及由温度不匹配和热失控引起的阈值偏移。运行电路仿真时，您将看到标记为 Tj-GOOD1 和 Tj-GOOD2 的仿真 MOSFET 结温不超过 MOSFET 的最大额定结温 175°C。

善

坏人

糟糕的SOA：并行MOSFET和单控制环路（9A而不是18A）

BAD SOA仿真示例具有两个并联的MOSFET和一个5mΩ电流检测电阻。因此，与上述18A相比，电流限值降低到9A。节点Tj-BAD1和Tj-BAD2处的模拟MOSFET结温表明，与第一个电路中的Tj-GOOD1和Tj-GOOD2温度相同。我选择标记这些 BAD 不是因为 MOSFET 会损坏，而是因为第一次仿真充分利用了 MOSFET 的 SOA 功能，并且能够安全地向负载传递两倍的电流。

坏人

丑陋的

丑陋的SOA：并行MOSFET和单控制环路（Tj > 175°C）

最后，UGLY SOA仿真示例显示了两个并联的MOSFET，由单个控制环路驱动，而不是第一个GOOD电路中的两个独立控制环路。这一次，当输出短路至地时，其中一个MOSFET在1秒内从瞬态事件中获取所有功率。它超过了MOSFET的最高温度175°C。在实际电路中，MOSFET能否承受这种状况是运气问题。如果它们的阈值匹配并且它们恰好平均共享电流，则电路将看起来正常工作。但是，在糟糕的一天，其中一个MOSFET可能会开始占用更多功率。随着温度的升高，阈值下降，很快它就会占用所有功率，而没有给另一个MOSFET留下任何功率。在那一天，事情显然会变得丑陋。

丑陋的

结论

优秀的设计人员可将解决方案成本降至最低，并确保所有 MOSFET 都受到保护，不会超出其 SOA 限值。糟糕的设计师通过丢弃可用的 SOA 来花费不必要的钱。但是，正是丑陋的设计师通过创造烟雾中的电路使我们其他人看起来不错。

审核编辑：郭婷