芯耀
2019
前言
單個(gè)MOSFET的電流能力有限，通過并聯(lián)多個(gè)器件可直接提升總電流承載能力。多個(gè)器件分擔(dān)功耗，減少單個(gè)器件的溫升。MOSFET并聯(lián)是一種常見的電路設(shè)計(jì)方法，主要用于提升電流承載能力、降低導(dǎo)通損耗或改善散熱性能。
由于負(fù)載電流比較大，如果MOSFET并聯(lián)電路設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)出現(xiàn)炸管的問題，今天重點(diǎn)講一下柵極電阻在預(yù)防MOSFET并聯(lián)炸管問題中的作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，一般會(huì)在MOSFET柵極串聯(lián)一個(gè)電阻，那多個(gè)MOSFET并聯(lián)的電路能共用一個(gè)柵極電阻嗎？這個(gè)柵極電阻有什么用呢？如何解決炸管的問題呢？
Part 02、柵極電阻的作用以及能否共用分析？
柵極電阻主要用于以下目的：
1.控制開關(guān)速度
MOSFET的柵極-源極之間的等效電容Cgs在開關(guān)過程中需要充電和放電，Cgs疊加Cgd構(gòu)成MOSFET的輸入電容Ciss，柵極電阻與輸入電容Ciss共同決定充放電時(shí)間常數(shù)（T=Rg·Ciss），進(jìn)而會(huì)直接影響開關(guān)速度。增大Rg會(huì)減緩開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗（Esw），但可能增加導(dǎo)通損耗，減小Rg則加快開關(guān)速度，但可能引發(fā)振蕩或EMI問題。此處的抑制振蕩指的是MOSFET漏源極Vds電壓快速變化形成的dv/dt高頻噪聲干擾。Rg通過減緩開關(guān)速度降低EMl輻射干擾。
2.抑制寄生振蕩
MOSFET柵極存在寄生電感，比如PCB走線、MOSEFT的封裝引腳，寄生電感和電容（Cgs，Cgd），可能形成LC諧振，導(dǎo)致MOSEFT柵極電壓振蕩。通過調(diào)整柵極電阻能提供阻尼，避免柵極電壓過沖或振鈴。
3.MOSFET并聯(lián)電路中均衡MOSFET開關(guān)延遲問題
打開MOSFET規(guī)格書，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)MOSEFT的開啟電壓Vgs(th)參數(shù)是一個(gè)范圍值，比如下圖的0.9V~1.7V，這樣即便我們用兩個(gè)一模一樣型號(hào)的MOSFET并聯(lián)，可能存在其中一個(gè)MOSFET的開啟電壓是0.9V，另一個(gè)MOSFET的開啟電壓是1.7V，MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓是由低到高逐步變化的，這就會(huì)出現(xiàn)開啟電壓是0.9V導(dǎo)通時(shí)，開啟電壓是1.7V的并聯(lián)的另一個(gè)MOSFET還沒打開，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)MOSFET短時(shí)間內(nèi)承擔(dān)大電流的問題，如果沒有詳細(xì)計(jì)算評(píng)估，就可能會(huì)出現(xiàn)MOSFET爆管的問題。
所以在并聯(lián)MOSFET中，若各器件的開啟閥值電壓（Vth）或輸入電容（Ciss）存在差異，我們就可以通過柵極電阻可調(diào)節(jié)各器件的導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間差異，改善動(dòng)態(tài)均流。由于不同MOSFET的寄生參數(shù)（柵極電感、輸入電容）和閾值電壓差異會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲不一致。若共用Rg，部分器件可能先導(dǎo)通或后關(guān)斷，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電流分配不均，尤其是MOSFET以高頻開關(guān)工作時(shí)。并且共用Rg時(shí)，各MOSFET的柵極路徑形成并聯(lián)諧振回路，可能引發(fā)高頻振蕩，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致器件過熱或損壞，也就是炸管。
Part 03、總結(jié)
經(jīng)過以上分析每個(gè)MOSFET的柵極一般都需要單獨(dú)串聯(lián)一個(gè)電阻，可有效隔離寄生參數(shù)差異，抑制振蕩，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流。并且對(duì)于電流特別大的驅(qū)動(dòng)電路，如果MOSEFT同時(shí)以高頻PWM開關(guān)工作，建議選擇精度較高的電阻柵極，比如1%精度，避免阻值差異導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)不一致引起的MOSFET損耗不均衡。
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