并行连接的SiC MOSFET可以带来更多电力

功率器件(如开关、电阻和MOSFET)的并联连接旨在分担功率，使设备能够承受更大的功率。它们可以并联连接，以增加输出电流的容量。由于不受热不稳定性的影响，并联连接通常比其他较老的组件更简单且不那么关键，碳化硅MOSFET也可以与其他同类设备并联使用。

 

在正常情况下，多个单元的简单并联连接运行良好，但在与温度、电流和工作频率相关的特殊情况下，工作条件可能变得关键。因此，必须遵循某些预防措施，以创建防故障电路，从而充分利用功率器件并联连接所带来的优势。

 

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实际上，当功率器件具有相同的电气特性和相同的静态和动态行为时，可以进行并联连接。但实际上，这种情况不可能发生，因为不同样本之间总存在一些差异。在某些应用中，MOSFET在静态状态下工作，作为“慢速”开关的电子开关。但大多数应用涉及高频率的连续开关操作。

 

在多个MOSFET之间，即使是细微(甚至是难以察觉)的电气特性差异，也可能触发瞬时电压尖峰和电流分布的不平衡。这种问题可能导致高功率损失、线路过热以及电子元件损坏。设计人员必须研究电路，以确保在所有工作条件下，所有相同性质的功率器件上的电流保持平衡和一致。切换设备时，建议避免电流集中在某些电子元件上。

 

实际上，这可能导致不希望的振荡过程和电子开关操作的不平衡。一般来说，由非理想并联连接引起的问题和原因可能如下：

设备参数不匹配

导通电阻(RDS(on))不匹配

栅源电压(VGS)不匹配

栅极驱动器不匹配

电源电路不匹配

导通电阻

 

RDS(on)是MOSFET的基本参数之一。它影响许多操作因素，如元件耗散、最大传输电流、系统效率和导通损耗。如果MOSFET关闭，则漏源电压高且没有电流流动。相反，当处于激活状态时，漏源电压下降到几百毫伏。SiC MOSFET的RDS(on)参数对温度非常敏感，因此在设计并联设备的电路时必须小心(见图1的曲线图)。

图1

 

其内部结构决定了负温度系数和正温度系数，因此可能出现电流不平衡。曲线图确认，根据SiC MOSFET的结温，通道电阻会发生变化。简单的多设备并联可能会产生问题，因为一个元件可能比另一个元件传输更多的电流。因此，有必要均匀地散热所有MOSFET。

 

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当MOSFET打开时，少量电流通过并联的电子开关，电流与其激活电阻成反比。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，因此电路中自然平衡发生，最大限度地减少组件的热破坏。

 

然而，MOSFET内部的二极管表现不同，随着电流通过，温度升高会减少传输中的电流。电流不平衡可能在转换期间发生，特别是在开关时。

 

振荡是改变设备正常运行的高频信号。MOSFET的特殊结构实际上构成了一个谐振电路，具有电容(C)和电感(L)。这两种元件显然是寄生元件。如果没有外部栅极电阻，谐振电路将具有非常高的Q值。如果发生谐振，在栅极和源极端子之间会产生重要的振荡信号，导致漏极和源极端子之间产生寄生和不希望的振荡。

 

过度的振荡电压可能导致MOSFET误启动或操作中断。然而，通常情况下，SiC MOSFET的并联连接不会涉及高风险的振荡，因此只要采取必要的预防措施，电路就可以正常运行。

 

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如今，许多公司通过并联连接多个MOSFET来生产SiC功率模块，当然也采用了一些预防措施。有些制造商通过这种类型的连接获得非常强大的元件，因为在这种连接中，耗散功率是累加的，特别是RDS(on)参数降低，就像电阻并联连接时一样。

 

一般来说，SiC MOSFET可以在不采取特殊措施的情况下并联，因为当它们过热时，它们会增加其内部电阻，从而相对均匀地分配负载。尽管单个元件固有的差异之一显然的缺点是“栅极”电容的增加，这会导致SiC MOSFET开启时间的增加。在这些情况下，栅极电流必须显著增加，这取决于并联连接的设备数量。

 

在高频下，这种情况可能变得不可接受。对于旧的功率元件(例如IGBT)，设计人员必须克服不断的挑战(平衡、大驱动器等)，以创建功率器件之间的良好并联连接。使用SiC MOSFET时，这些挑战可能会增加，因为涉及的开关频率更高。元件并联化的主要目的是实现更高的电流额定值。

 

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幅减少寄生电感。因此，解决方案包括正确的SiC MOSFET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：

 

门槛电压可能导致电流不平衡

不对称寄生电感可能导致电流不平衡

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如今，器件制造公司已经达到了高水平的制造完美度，生产出几乎相同的SiC MOSFET元件失衡发生的可能性很小。然而，门槛较低的设备具有较高的瞬态，因此更高的开关和导通损耗，总功率损耗更高。

 

一般来说，如果负载上的电流大于要使用的每个设备的额定值，则可以安全地将两个设备并联连接，以将每个开关上的电流减半。

图2

 

图2显示了一种解决方案，该解决方案采用外部栅极电阻，每个MOSFET一个，以减少各设备之间的开关变化。采用外部栅极电阻并不是奇迹，失衡可能仍然存在。在某些情况下，在这种配置中，由于两个MOSFET之间的RLC谐振电路的存在，VGS也可能振荡。

 

SiC MOSFET具有正温度系数。当共享静态电流时，它起到负反馈的作用。如果一个设备吸引更多的电流，它会升温，也会增加其RDS(on)。这样，传输的电流减少，也降低了热不平衡的水平。此外，它们在温度下切换损失的增加非常小。

 

最后，SiC MOSFET的跨导曲线较为平缓，栅极电压的小变化对电流的影响较小，从而有利于多个设备之间电流的动态共享。