Nexperia均流技術的并行MOSFET設計應用

多年來，功率MOSFET一直是高功率應用的支柱，能夠可靠地提供大電流。然而，隨著功率應用技術的進步，需要極高水平的電流。這些應用已達到功率水平要求，而一個MOSFET的實現已不再足夠，這迫使設計人員不得不將MOSFET并聯放置。

并聯MOSFET的問題和解決方案

為了實現良好的并聯設計，傳統上是通過篩選來選擇MOSFET的，因為它們的閾值電壓相似，以確保它們同時導通。但是，屏蔽的MOSFET會增加成本和復雜度，并且仍然容易受到溫度不穩定的影響。因此，通過考慮到上述問題，無需額外的篩選過程，專用的MOSFET技術就可以在并行應用中提供更好的解決方案。

電流共享與MOSFET中的兩種主要模式有關：動態（即，開關轉換）和穩態/傳導（即，通過導通電阻）。穩態期間的電流共享對于MOSFET本質上是穩定的，因此不在本文討論范圍之內。本說明的重點是動態過程中的電流共享。在切換期間，并行設備同時打開很重要。在其中一個并聯MOSFET的導通時間比其他MOSFET早的情況下，該器件將傳導全部系統電流，直到另一器件導通為止，從而使其有磨損和潛在故障的風??險。MOSFET中不同時間的導通歸因于VGS的自然擴散閾值電壓。無論制造商或技術如何，都不能保證兩個MOSFET具有相同的閾值電壓。為了克服這個問題，設計人員通常采用一種解決方案，即通過匹配的閾值電壓來篩選和選擇MOSFET，從而縮小了取值范圍。這需要額外的制造過程，這增加了成本和復雜性。

VGS閾值電壓的匹配是一種有效的方法，但不能解決與VGS作為參數相關的所有問題。閾值電壓取決于溫度，并且具有負溫度系數，這意味著如果溫度升高，則器件閾值電壓電平會降低。如果設備在不同溫度下運行，則它們的Vth之差將更大。這是由于溫度不匹配導致較熱的器件的Vth電平下降，從而導通時間更早。因此，當放在實際應用中時，在理想的制造環境中被認為匹配的設備不一定會保持匹配狀態。這種效果如圖1和2所示。

圖1：將常規技術與電流共享技術在低溫下進行比較

圖2：在施加熱量時將常規技術與均流技術進行比較

在溫度下均流

圖1和2顯示了在并行應用程序中測得的結果。在圖1中，最上面的兩條跡線（藍色和黃色）是兩條PSMN2R0-100SSF[i]使用常規技術的設備，其閾值電壓之間的差值為0.5V。底部的兩條跡線，綠色和紅色是采用Nexperia均流技術的器件，其閾值電壓具有相同的0.5V分布。使用常規技術和Nexperia均流技術的兩種測試均具有相同的電路設計，以相同的頻率驅動相同的電感負載。對于常規和均流技術，熱量將以較低的閾值電壓同時，在溫度和速率（分別為藍色和綠色）時施加到設備。將圖2與圖1進行比較可知，與Nexperia均流技術相比，常規技術在溫度下不穩定。其背后的原因是Nexperia均流技術不依賴閾值電壓來保持匹配以均勻地共享電流。這很重要，因為現實生活中的應用不一定會在PCB上所有并聯的MOSFET上實現均勻的溫度。因此，在制造環境中進行篩選和匹配的設備在實際應用中可能不會保持匹配狀態。

高電流分流

與前面提到的制造篩選過程方法相比，Nexperia均流技術解決了在技術本身內實現更均等電流共享的問題。使用具有Nexperia均流技術的MOSFET意味著設計工程師不再需要依賴Vth參數被匹配。如圖3和圖4所示，該技術在溫度下穩定，并提供更好的電流共享性能，與Nexperia電流相比，該技術顯示了實際測量結果，與已選擇的閾值電壓擴展為0.5V的常規技術進行了比較。共享技術，其閾值電壓也具有相同的0.5V擴展。通過將每種技術的兩個設備放在同一塊板上，以相同的頻率驅動相同的電感負載并捕獲流過它們的電流來捕獲結果。在此示例中，每個以20 kHz開關的設備的電流約為75A。但是，與常規技術相比，并聯設備之間的峰值電流差異超過30 A，而Nexperia均流技術差異僅為5A。

圖3：閾值電壓擴展為0.5V的常規技術

圖4：Nexperia均流技術，閾值電壓擴展為0.5V

值得指出的是，與圖4相比，常規技術大約需要5 μs才能開始更平均地開始共享電流，在圖4中，器件在不到0.5 μs的時間內開始平均共享。對于常規技術，具有較低Vth的器件將增加應力，增加磨損并增加故障風險。進行的進一步測試（此處未顯示）表明，電流共享的動態響應是恒定的，這意味著如果要增加頻率，則動態響應仍將是相同的。因此，Nexperia均流技術也可以在更高頻率下切換的應用中受益。

結論

如實際實驗室測量所示，Nexperia均流技術為并行MOSFET設計應用帶來了明顯的好處。它提供了一種技術解決方案，該技術解決方案不需要基于Vth的屏蔽，也不依賴于Vth來實現更均等的均流。該技術解決了在較高電流下甚至電流均分的問題，并且可以抵抗整個PCB上的溫度變化-就像實際應用中會遇到的那樣。

Nexperia應用工程師Stein Nesbakk

編輯：hfy