MOSFET并联在高功率设计中的应用-奥伟斯科技

阈值电压（Vth）的变化在许多MOSFET产品中是常见的，尤其是在不同的生产批次中。本实验选取了具有不同阈值电压（Vth），同时保持其他参数（如Rg、Ciss和Gfs）不变的器件。为了便于研究MOSFET并联时的电流均流特性，进行了简化处理，研究了2个、3个和5个MOSFET并联时的均流特性。实验器件（DUT）为AOTL66912，采用典型的TOLL封装，具有100V的BVDSS，RDS(on)为1.4mΩ。

当并联的两个MOSFETs具有相同的参数，如内在阈值电压（Vth）、Rg和Ciss时，它们的开通能量（Eon）和关断能量（Eoff）非常相似，功率损耗的差距仅为0.01W。当2号MOSFET被Vth较低的器件替换时，其Eon和Eoff显著增大，功率损耗比Vth较高的1号MOSFET器件高出1.87W，如表1所示。

根据测试结果，具有相同Vth值的MOSFET并联时，MOSFET外部驱动速度的快慢是实现更好电流平衡性能的关键因素。

驱动参数的一致性，包括驱动回路的电阻、电容和电感，是影响电流平衡特性的另一个因素。

当两个MOSFET并联且其驱动回路的电容不同，具有较大输入电容（Ciss）的MOSFET的开通时刻将比另一个MOSFET延迟，这会导致具有较大Ciss的MOSFET的开通能量（Eon）较小。然而，关断过程则不同，较大的Ciss会导致关断时刻延迟，从而导致较大的关断能量（Eoff）。

通常情况下，当两个MOSFET并联时，具有较大Ciss的MOSFET的Eon较小，但Eoff较大。

MOSFET的输入电容或驱动回路对Eon和Eoff具有相反的影响。如果一个MOSFET的Ciss高于其他并联MOSFET的Ciss，其Eon将减小，而Eoff则会增大。实际上，在某些条件下，Eon和Eoff的总和可以进行权衡，进而达到最小值。因此，不同Ciss对电流平衡的影响可以忽略不计，如图1所示。在实际应用中，建议Toff应约为Ton的40%以实现最佳系统设计。

外部Rg选择对电流平衡的影响

栅极驱动回路的一致性将极大地影响电流平衡性能。驱动回路应保持一致，以满足电流平衡的要求。其次，为了满足系统效率的要求，开关速度应尽可能快。更快的开关速度将导致并联MOSFET之间的开关损耗差距变小，如图2所示。然而，快速的开关速度可能会引发过大的电压尖峰，如图3所示，因此电流平衡特性和电压尖峰之间存在权衡，在系统设计中应找到平衡点。

在高电流并联应用中，影响电流一致性的因素主要来自两个方面：一是MOSFET参数的一致性，如Vth和Ciss；二是应用中驱动回路设计和功率回路设计的不一致性。对于MOSFET制造商来说，控制生产工艺以获得参数一致性至关重要。从应用角度来看，合适的驱动设计、一致的驱动回路和功率回路电感设计同样是确保电流一致性的关键因素。