关于解决多个MOSFET并联电路里有个别MOS炸管的详解；

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MOS 管作为半导体领域最基础的器件之一，无论是在 IC 设计里，还是板级电路应用上，都十分广泛，尤其在大功率半导体领域。然而大功率逆变器MOS管，工作的时候，发热量非常大，如果MOS管散热效果不好，温度过高就可能导致MOS管的炸管，进而可能导致整个电路板的损毁。而单个MOSFET的电流能力有限，通过并联多个器件可直接提升总电流承载能力。多个器件分担功耗，减少单个器件的温升。MOSFET并联是一种常见的电路设计方法，主要用于提升电流承载能力、降低导通损耗或改善散热性能。

一、导致并联MOSFET炸管的原因

在多个 MOSFET 并联的电路中，只有个别 MOSFET 炸管可能由以下多种因素导致：

1、器件参数差异

导通电阻差异

即使是同一批次的 MOSFET，其导通电阻也会存在一定的离散性。导通电阻较小的 MOSFET 在导通时会分担更大的电流，因为根据欧姆定律I=U/R（其中I是电流，U是电压，R是电阻），在并联电路中电压相同，电阻越小电流越大。当通过的电流超过其额定电流时，就容易发热损坏，进而炸管。

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阈值电压差异

阈值电压不同会导致 MOSFET 开启和关闭的时间不一致。阈值电压较低的 MOSFET 会先于其他 MOSFET 开启，承担较大的冲击电流；而在关断时，阈值电压较高的 MOSFET 可能还未完全关断，使得电流集中在提前开启或延迟关断的 MOSFET 上，造成局部过流而炸管。

2、散热不均

布局问题

如果 MOSFET 在电路板上的布局不合理，比如个别 MOSFET 靠近发热源或者处于通风不良的位置，其散热效果会比其他 MOSFET 差。在长时间工作或大电流通过时，散热不良的 MOSFET 温度会迅速升高，导致其性能下降，甚至超过其所能承受的温度极限而炸管。

散热片接触问题

MOSFET 与散热片之间的接触不良也会影响散热效果。例如，散热片安装不牢固、导热硅脂涂抹不均匀等，都会使个别 MOSFET 的热量无法及时散发出去，从而引发过热损坏。

3、驱动电路问题

驱动信号不一致

驱动电路为多个 MOSFET 提供的驱动信号可能存在差异，如驱动电压幅值、上升时间、下降时间不一致等。驱动电压幅值较高或上升时间较快的 MOSFET 会更快地进入导通状态，承担更多的电流，增加炸管的风险。

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驱动能力不足

如果驱动电路的驱动能力不足，无法为所有 MOSFET 提供足够的驱动电流，会导致部分 MOSFET 不能完全导通，从而使导通电阻增大，功耗增加，最终因过热而炸管。

4、寄生参数影响

寄生电感和电容

电路中的寄生电感和电容会影响 MOSFET 的开关特性。当多个 MOSFET 并联时，每个 MOSFET 的寄生参数可能不同，导致其开关速度不一致。在开关过程中，这种不一致会引起电压和电流的振荡，使个别 MOSFET 承受过高的电压或电流应力，从而引发炸管。

布线电感

电路板上的布线电感也会对 MOSFET 产生影响。如果个别 MOSFET 的布线电感较大，在开关瞬间会产生较大的感应电动势，叠加在 MOSFET 的漏源极上，使该 MOSFET 承受的电压超过其耐压值，导致击穿炸管。

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5、外部因素影响

电压尖峰和浪涌

电路中可能会出现电压尖峰和浪涌，如电源电压的波动、感性负载的开关等。这些异常电压可能会瞬间超过 MOSFET 的耐压值，由于各个 MOSFET 的耐压能力可能存在差异，耐压较低的 MOSFET 就更容易被击穿炸管。

电磁干扰

周围环境中的电磁干扰可能会影响 MOSFET 的正常工作。个别 MOSFET 如果受到较强的电磁干扰，可能会出现误动作，导致过流或过压，最终炸管。

二、避免MOSFET并联时的散热不均的方法

要避免 MOSFET 并联时出现散热不均的情况，可从器件布局、散热片设计、散热方式选择和监测维护等方面进行优化，以下是详细说明：

1、合理布局 MOSFET

均匀分布

在 PCB（印刷电路板）上布局 MOSFET 时，要确保它们均匀分布。将多个 MOSFET 等间距排列，避免出现局部过于密集的情况。这样可以使每个 MOSFET 周围的空气流动相对一致，有利于热量均匀散发。例如，采用矩阵式排列方式，让各个 MOSFET 之间保持相等的距离，保证散热环境的一致性。

2、远离热源

避免将 MOSFET 布置在其他发热量大的元件附近，如大功率电阻、变压器等。这些热源会使周围环境温度升高，影响 MOSFET 的散热。应尽量将 MOSFET 与热源隔开一定距离，或者在它们之间设置隔热层，减少热量传递。

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3、优化散热片设计

良好接触

确保每个 MOSFET 都能与散热片有良好的物理接触。在安装 MOSFET 时，要使用合适的固定方式，如螺丝拧紧或夹子固定，保证 MOSFET 与散热片紧密贴合。同时，在两者之间涂抹导热硅脂，填充微小的空隙，提高热传导效率。导热硅脂应涂抹均匀，厚度适中，一般以能覆盖 MOSFET 与散热片接触表面且无明显堆积为宜。

散热片结构

设计散热片时，要考虑多个 MOSFET 的散热需求。采用一体化的散热片结构，让多个 MOSFET 共享一个散热片，这样可以使热量在散热片上更均匀地分布。此外，散热片的鳍片设计要合理，增加散热面积，提高散热效率。鳍片的高度、间距和数量要根据实际情况进行优化，一般来说，鳍片较高、间距适中且数量较多的散热片散热效果较好。

4、选择合适的散热方式

强制风冷

对于功率较大的 MOSFET 并联电路，可采用强制风冷的方式。安装散热风扇，将冷空气吹向 MOSFET 和散热片，加快热量散发。风扇的风量和风速要根据实际散热需求进行选择，确保能够提供足够的冷却效果。同时，要注意风扇的安装位置和风向，使空气能够均匀地流过每个 MOSFET。

液冷散热

在对散热要求极高的场合，可以考虑液冷散热方式。通过冷却液在散热管道中循环流动，带走 MOSFET 产生的热量。液冷散热具有散热效率高、温度均匀性好等优点，但系统结构相对复杂，成本较高。在设计液冷系统时，要确保冷却液的流动路径能够覆盖所有 MOSFET，保证散热均匀。

5、监测与维护

温度监测

在电路中安装温度传感器，实时监测每个 MOSFET 的温度。通过监测数据，可以及时发现温度异常的 MOSFET，采取相应的措施进行调整。例如，当某个 MOSFET 的温度过高时，可以检查其与散热片的接触情况，或者调整风扇的转速。

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定期检查

定期对 MOSFET 和散热片进行检查和维护。检查散热片是否有灰尘堆积、损坏等情况，如有需要及时清理或更换。同时，检查 MOSFET 与散热片的固定是否松动，导热硅脂是否干涸，如有问题及时进行处理，确保散热系统的正常运行。

三、调整栅极电阻能局部解决并联MOS 炸管的原因

在多个 MOSFET 并联电路中，调整栅极电阻能在一定程度上解决个别 MOS 炸管的问题，主要基于改善开关同步性、抑制振荡、降低应力冲击等原理，以下为你详细解释：

1、改善开关同步性

参数离散致开关差异

由于制造工艺的原因，即使是同一批次的 MOSFET，其阈值电压、跨导等参数也会存在一定的离散性。这会导致在并联使用时，各个 MOSFET 的开启和关断时间不一致。阈值电压较低的 MOSFET 会先开启，承受较大的冲击电流；在关断时，阈值电压较高的 MOSFET 可能还未完全关断，使得电流集中在提前开启或延迟关断的 MOSFET 上，造成局部过流而炸管。

栅极电阻调节开关速度

栅极电阻与 MOSFET 的栅极电容构成了一个 RC 充电和放电回路。增大栅极电阻会使充电和放电时间常数增大，从而减慢 MOSFET 的开关速度。通过合理调整每个 MOSFET 的栅极电阻，可以使各个 MOSFET 的开关速度更加接近，减少因开关不一致导致的电流集中问题，避免个别 MOSFET 承受过大的电流而损坏。

2、抑制振荡

寄生参数引发振荡

电路中的寄生电感和电容会与 MOSFET 相互作用，在开关过程中产生电压和电流的振荡。当多个 MOSFET 并联时，每个 MOSFET 的寄生参数可能不同，这种振荡会更加复杂和剧烈。振荡产生的过高电压和电流尖峰可能会超过 MOSFET 的耐压和耐流能力，导致个别 MOSFET 炸管。

栅极电阻阻尼振荡

栅极电阻可以与 MOSFET 的栅极电容形成 RC 阻尼电路。适当增大栅极电阻可以增加阻尼效果，抑制寄生电感和电容引起的振荡。通过调整栅极电阻的阻值，可以优化阻尼比，使振荡迅速衰减，减少电压和电流的振荡幅度，保护 MOSFET 免受过高应力的损害。

3、降低应力冲击

开关瞬间应力集中

在 MOSFET 开启和关断的瞬间，会产生较大的电流和电压变化率（和）。由于各个 MOSFET 的特性差异，这些应力可能会集中在个别 MOSFET 上，对其造成损害。

栅极电阻减缓变化率

增大栅极电阻可以减慢 MOSFET 的开关速度，从而降低开关瞬间的电流和电压变化率。这样可以减小应力冲击，使各个 MOSFET 承受的应力更加均匀，降低个别 MOSFET 因承受过大应力而炸管的风险。

打开MOSFET规格书，我们会发现MOSEFT的开启电压Vgs(th)参数是一个范围值，比如下图的0.9V~1.7V，这样即便我们用两个一模一样型号的MOSFET并联，可能存在其中一个MOSFET的开启电压是0.9V，另一个MOSFET的开启电压是1.7V，MOSFET的驱动电压是由低到高逐步变化的，这就会出现开启电压是0.9V导通时，开启电压是1.7V的并联的另一个MOSFET还没打开，就会出现一个MOSFET短时间内承担大电流的问题，如果没有详细计算评估，就可能会出现MOSFET爆管的问题。

所以在并联MOSFET中，若各器件的开启阀值电压（Vth）或输入电容（Ciss）存在差异，我们就可以通过栅极电阻可调节各器件的导通/关断时间差异，改善动态均流。由于不同MOSFET的寄生参数（栅极电感、输入电容）和阈值电压差异会导致驱动信号延迟不一致。若共用Rg，部分器件可能先导通或后关断，导致动态电流分配不均，尤其是MOSFET以高频开关工作时。并且共用Rg时，各MOSFET的栅极路径形成并联谐振回路，可能引发高频振荡，严重时导致器件过热或损坏，也就是炸管。

四、解决并联MOS炸管的其它方法

除了调整栅极电阻外，还可以从器件筛选、电路设计优化、散热管理、驱动电路改进和增加保护电路等方面来解决多个 MOSFET 并联电路里个别 MOS 炸管的问题，以下为你详细介绍：

1、器件筛选

参数一致性筛选

在使用多个 MOSFET 并联之前，对其关键参数进行测试和筛选，确保各个 MOSFET 的导通电阻、阈值电压、跨导等参数尽可能一致。参数一致性高的 MOSFET 在并联工作时，电流分配更加均匀，能有效减少个别 MOSFET 因过流而损坏的风险。例如，将导通电阻偏差控制在极小范围内，使每个 MOSFET 分担的电流接近平均水平。

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质量检测

对 MOSFET 进行全面的质量检测，包括耐压测试、漏电流测试等，剔除有潜在缺陷的器件。只有经过严格检测合格的 MOSFET 才能用于并联电路，提高整个电路的可靠性。

2、电路设计优化

均流电阻

在每个 MOSFET 的源极串联一个小阻值的均流电阻。当某个 MOSFET 的电流增大时，其源极电阻上的电压降也会增大，从而反馈到栅极，使该 MOSFET 的导通电阻增大，电流减小，实现各个 MOSFET 之间的电流自动均衡。均流电阻的阻值应根据具体电路的电流大小和要求进行合理选择。

合理布线

优化电路板的布线，尽量减小各个 MOSFET 的寄生电感和电容差异。缩短栅极、源极和漏极的布线长度，避免布线交叉和重叠，以减少电磁干扰和寄生参数的影响。同时，使各个 MOSFET 的布线对称，保证电路的对称性和一致性。

3、散热管理

均匀散热布局

确保多个 MOSFET 在电路板上均匀分布，避免局部热量集中。采用合适的散热片，并保证每个 MOSFET 与散热片之间有良好的接触。可以使用导热硅脂填充间隙，提高热传导效率。此外，合理设计散热片的形状和尺寸，增加散热面积，提高散热效果。

强制散热

对于功率较大的并联电路，可采用强制风冷或液冷的方式进行散热。安装散热风扇或散热液循环系统，及时带走 MOSFET 产生的热量，降低其工作温度，提高可靠性。

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4、驱动电路改进

增强驱动能力

确保驱动电路能够为每个 MOSFET 提供足够的驱动电流，使所有 MOSFET 都能快速、完全地导通和关断。可以采用功率较大的驱动芯片或增加驱动级来提高驱动能力，避免因驱动不足导致 MOSFET 工作在不饱和区，产生过大的功耗和发热。

同步驱动

采用同步驱动方式，使各个 MOSFET 的驱动信号尽可能一致。可以使用专用的驱动变压器或驱动集成电路来实现同步驱动，减少驱动信号的延迟和差异，保证各个 MOSFET 同步工作。

5、增加保护电路

过流保护

在电路中增加过流保护装置，如电流互感器、过流继电器等。当某个 MOSFET 的电流超过设定的阈值时，保护电路能够迅速动作，切断电路或降低电流，防止 MOSFET 因过流而损坏。

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过压保护

安装过压保护元件，如瞬态电压抑制二极管（TVS）、压敏电阻等。当电路中出现过压情况时，这些保护元件能够迅速导通，将电压钳位在安全范围内，保护 MOSFET 免受过高电压的冲击。

温度保护

使用温度传感器监测 MOSFET 的温度，当温度超过设定值时，通过控制电路降低功率或切断电路，避免 MOSFET 因过热而损坏。

总结一下

虽然是可以通过合理调整栅极电阻，从而改善多个MOSFET并联电路中的电流平衡，减少瞬态期间的变化，最后降低个别MOSFET发生炸管的风险。但因为此方法也有它的局限性，所以建议还是根据实际电路情况和测试结果，仔细选择和调整栅极电阻的值，并从以上讲到的器件筛选、电路设计优化、散热管理、驱动电路改进和增加保护电路等方面一起去解决才最为妥当。

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审核编辑 黄宇