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碳化硅MOSFET并联运作提升功率输出

深圳市浮思特科技有限公司 2023-12-19 11:59 次阅读

碳化硅(SiC)MOSFET并行连接能够将所处理的功率分配并且形成能承载更大功率的设备,目的在于提升输出电流的容量。由于这些并联并不受热不稳定性的影响,它们的组合应用通常比其他过时的元器件更易于实施和处理。在正常条件下,几个并联运行的单元通常能进行良好的运行,然而,在与温度、电流和工作频率相关的异常事件中,运行状态可能变得极端,因此,必须采取一定的预防措施来创造防错电路,以充分利用功率设备并联连接带来的优势。

并联连接碳化硅MOSFET应考虑的因素

在实际应用中,当电源设备具有相同的电气特性以及相同的静态和动态行为时,就可以进行并联。然而,实际上,即使是同一模型的多个MOSFET之间,都可能存在一些微小差异,有可能触发暂时的电压尖峰和电流分布的不平衡。这个问题可能导致高电力损失,电路过热甚至电子组件的损坏。因此,设计师需要设计电路,以便在所有工作条件下,电流在所有同类电源设备上都能保持平衡和均匀。

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通道电阻(RDS(on))是MOSFETs的一个基本参数,影响操作因素,例如元器件的消耗、最大通流电流、系统效率和传导损失。碳化硅(SiC)MOSFET的RDS(on)参数对温度非常敏感,因此在设计带有并联设备的电路时必须小心。

不平衡分析

当MOSFET开启时,小电流通过并联的电子开关,在激活电阻成反比的情况下通过。显然,电阻最低的设备引导通过更大的电流。然而,越过碳化硅(SiC)MOSFET具有正向温度补偿的特性,电路中会自然形成更自然的平衡,将元件热损坏的程度降至最低。电流不平衡可能在过渡期间出现,特别是在上电和断电时。

防止振荡现象

振荡是改变设备正确工作的高频信号。MOSFET的特殊构造,构成了一个谐振电路,具有电容(C)和电感(L)。这两个元素都是明显的寄生元件。如果没有外部的阀栅极电阻,谐振电路的Q因子将会非常高。这会在“栅极”和“源极”之间产生重要的振荡信号,对应于“漏极”和“源极”之间的等价振荡。过高的振荡电压可能会导致MOSFET操作的误触发或中断。

解决方案和方案缺陷

现在,许多公司已经生产一些采用多个MOSFET并行连接的化硅碳(SiC)功率模块。重要的是,RDS(on) 参数会降低,就像并联电阻器连接时发生的情况一样。通常,SiC MOSFET可以在没有特殊措施的情况下进行并联,因为当它们过热时,其内部电阻会提高,尽管每个组件的固有差异,但他们分布的负载相当均匀。然而,显然的这有两个缺点:1.“栅极”容量的增加,导致SiC MOSFET的通电时间有所增加,这在高频率下是不能接受的现象。2.开关和传导损耗较高,总功率损耗较高。

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碳化硅(SiC)MOSFET以其正温度系数的特性进行静态电流的共享和负反馈。如果一个设备的电流更大,那么它就会加热,相应地增加其RDS(on)。这样,过境电流降低,热失衡级别也降低。此外,他们在温度增高后切换损耗的增加非常小。最后,碳化硅(SiC)MOSFET的跨导曲线更加平滑,栅极电压的小变化对电流的影响较小,易于在多个设备间进行动态的电流共享。

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