并联MOSFET应用中的均流技术

多年来，功率 MOSFET 一直是大功率应用的支柱，可靠地提供大电流。然而，随着电源应用技术的进步，需要极高水平的电流。这些应用已经达到了实现一个 MOSFET 不再足够的功率水平要求，迫使设计人员求助于并联放置 MOSFET。

并联MOSFET的问题及解决方案

为了实现良好的并联设计，传统上选择 MOSFET——通过筛选——基于它们的阈值电压相似，以确保它们同时导通。然而，屏蔽 MOSFET 会增加成本和复杂性，并且仍然容易受到温度不稳定性的影响。因此，考虑到上述问题，专用 MOSFET 技术可以在并联应用中提供更好的解决方案，而无需额外的筛选过程。

均流与 MOSFET 中的两种主要模式相关：动态（即开关转换）和稳态/传导（即通过导通电阻）。对于 MOSFET 而言，稳态期间的均流本质上是稳定的，不在本文讨论范围内；本说明的重点是动态期间的电流共享。在切换期间，重要的是并联设备同时开启。在其中一个并联 MOSFET 比另一个更早开启的情况下，该设备将传导完整的系统电流，直到其他设备开启，使其面临磨损和潜在故障的风​​险。MOSFET 在不同时间的导通是由于 V GS的自然扩散阈值电压。无论制造商或技术如何，都不能保证两个 MOSFET 具有相同的阈值电压。为了克服这个问题，设计人员通常采用一种解决方案，通过匹配的阈值电压筛选和选择 MOSFET，缩小值的范围。这需要额外的制造过程，这会增加成本和复杂性。

V GS阈值电压的匹配是一种有效的方法，但并不能解决与作为参数的 V GS相关的所有问题。阈值电压与温度有关并具有负温度系数，这意味着如果温度升高，器件阈值电压电平会下降。如果器件在不同温度下运行，它们的 V th差异会更大。这是因为较热的器件由于温度不匹配而使其 V th电平下降，从而提前开启。因此，在理想制造环境中被认为匹配的设备在实际应用中不一定保持匹配。这种效果如图 1 和图 2 所示。

图 1：比较低温下的常规与均流技术

图 2：在加热时比较常规与均流技术

温度均流

图 1 和图 2 显示了在并联应用中测量的结果。在图 1 中，顶部的两条轨迹，蓝色和黄色，是两条PSMN2R0-100SSF [i]使用常规技术的设备，其阈值电压之间有 0.5V 的差值。底部的两条迹线（绿色和红色）是采用 Nexperia 均流技术的器件，其阈值电压范围为 0.5V。使用常规技术和 Nexperia 均流技术的测试具有相同的电路设计，以相同的频率驱动相同的感性负载。对于常规和均流技术，在相同时间、温度和速率（分别为蓝色和绿色迹线）的情况下，以较低阈值电压对器件施加热量。比较图 2 和图 1 可以看出，与 Nexperia 均流技术相比，常规技术在温度方面并不稳定。这背后的原因是 Nexperia 均流技术不依赖于阈值电压来保持匹配以均匀分流。这很重要，因为现实生活中的应用可能不一定会在 PCB 上的所有并联 MOSFET 上实现均匀的温度。因此，在制造环境中筛选和匹配的设备可能无法在实际应用中保持匹配。

较高电流下的均流

与前面提到的制造筛选工艺方法相比，Nexperia 均流技术解决了在技术本身内实现更均等的均流问题。使用具有 Nexperia 均流技术的 MOSFET 意味着设计工程师不再需要依赖 V th参数匹配。该技术在温度下保持稳定，并提供更好的均流性能，如图 3 和图 4 所示，与 Nexperia 电流相比，选择了阈值电压范围为 0.5V 的常规技术的真实测量结果-共享技术也具有相同的 0.5-V 阈值电压分布。通过将来自每种技术的两个设备放置在同一块板上，以相同的频率驱动相同的感性负载并捕获流过它们的电流来捕获结果。在这个例子中，每个设备在 20 kHz 下开关的电流大约为 75 A。但是，常规技术并联设备之间的峰值电流差异超过 30 A，而 Nexperia 均流技术仅相差 5 A。

图 3：阈值电压范围为 0.5V 的常规技术

图 4：Nexperia 均流技术，阈值电压分布为 0.5V

值得指出的是，与图 4 相比，常规技术需要大约 5 µs 才能开始更均等地共享电流，其中设备在不到 0.5 µs 内开始均等共享。对于常规技术，具有较低 V th的设备将增加应力，增加磨损和故障风险。进行的进一步测试（此处未显示）表明均流的动态响应是恒定的，这意味着如果频率增加，动态响应仍将相同。因此，Nexperia 均流技术也有利于以更高频率进行切换的应用。

结论

如实际实验室测量所示，Nexperia 均流技术为并行 MOSFET 设计应用带来明显优势。它提供了一种不需要基于V th进行筛选，也不依赖于V th来实现更均等的均流的技术解决方案。该技术解决了在较高电流下均流的问题，并且对整个 PCB 的温度变化具有弹性——正如实际应用中所经历的那样。

审核编辑：刘清