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MOSFET并聯(lián)使用寄生振蕩原因分析

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-02-23 09:20

MOSFET并聯(lián)使用可提高輸出電流性能,由于MOSFET以高頻率開關(guān),其電氣特性的差異和電路寄生電感可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)瞬時(shí)電壓峰值,以及并聯(lián)MOSFET之間的電流分配不平衡,電流不平衡可能導(dǎo)致功率損耗過大并損壞器件。

 

MOSFET并聯(lián)使用時(shí),最重要的是避免電流集中(包括在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間),并確保在所有可能的負(fù)載條件下,流向所有MOSFET的電流保持平衡且均勻,應(yīng)特別注意兩個(gè)方面問題:一是避免因器件特性不匹配導(dǎo)致的電流不平衡;二是避免并聯(lián)使用時(shí)的寄生振蕩。

 

MOSFET并聯(lián)使用時(shí)產(chǎn)生的振蕩是由各個(gè)器件的動(dòng)作時(shí)序的差別觸發(fā)引起的振蕩,布線的不平衡或MOSFET自身離散性引起ON和OFF的時(shí)序差別時(shí),電流偏向某個(gè)MOSFET,布線寄生電感中發(fā)生的感應(yīng)電壓與旁邊的MOSFET不同引起電位差,電位差產(chǎn)生的能量在MOSFET的寄生電容中來回往復(fù),出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象。

 

因漏源電壓振蕩導(dǎo)致的柵極電壓振蕩

 

開關(guān)期間MOSFET的漏極和源極中會(huì)發(fā)生浪涌電壓VSURGE,主要因?yàn)殛P(guān)斷期間的di/dt和漏極及引線中的寄生電感。

 

VSURGE=LD(寄生電感)*di/dt

 

VSURGE,導(dǎo)致的振蕩電壓通過MOSFET的漏極電容CGD傳輸?shù)綎艠O,與柵極線路中的寄生電感L形成諧振電路。大電流、高頻高速M(fèi)OSFET的內(nèi)部柵極電阻極小。在無外部柵極電阻器的情況下,諧振電路的品質(zhì)因數(shù)會(huì)很大,如果發(fā)生諧振,諧振電路會(huì)在MOSFET的柵極和源極中產(chǎn)生振蕩電壓,發(fā)生寄生振蕩。

 

圖1:MOS管并聯(lián)使用寄生參數(shù)等效模型

 

除非并聯(lián)MOSFET的瞬態(tài)開關(guān)電流在關(guān)斷期間平衡良好,否則電流會(huì)不均勻地分配到之后關(guān)斷的MOSFET。電流在漏極和源極中產(chǎn)生很大的電壓浪涌(振蕩),而電壓浪涌又傳遞到柵極,導(dǎo)致柵極和源極中產(chǎn)生振蕩電壓,如振蕩電壓過大,會(huì)導(dǎo)致發(fā)生柵源過電壓故障、開通故障和振蕩故障。

 

當(dāng)最快的MOSFET關(guān)斷時(shí),其漏極電壓上升,漏極電壓的上升通過柵漏電容CGD傳遞到另一個(gè)MOSFET的柵極,導(dǎo)致MOSFET發(fā)生意外翻轉(zhuǎn),造成寄生振蕩。

 

并聯(lián)MOSFET的寄生振蕩原因分析

 

一般來說,并聯(lián)MOSFET比單個(gè)MOSFET更易發(fā)生寄生振蕩,并聯(lián)MOSFET電路寄生振蕩的等效電路模型如下圖所示,LD1、LD2是漏極線路的寄生電感,LS1、LS2是源極線路的寄生電感,L1和L2是柵極線路的寄生電感,CDS1、CDS2、CGS1、CGS2、CGD1、CGD2是MOSFET本體的寄生電容。

 

圖2:MOS管并聯(lián)使用寄生參數(shù)等效模型

 

并聯(lián)MOSFET Q1和Q2的電感值和電容值相等(CDS1=CDS2、CGS1=CGS2、CGD1=CGD2、LD1=LD2、LS1=LS2、L1=L2),那么當(dāng)Q1和Q2在線性區(qū)發(fā)生寄生振蕩時(shí),二者以反相運(yùn)行,在這種情況下,振蕩電壓在寄生振蕩頻率下被視為0,可將其視為虛擬接地。    

 

在寄生振蕩頻率下可以認(rèn)為A與B處于短路狀態(tài),意味著寄生振蕩的發(fā)生與漏源負(fù)載、續(xù)流二極管、電源、共用柵極電阻器和柵極驅(qū)動(dòng)電路無關(guān)。并聯(lián)MOSFET形成了具有高品質(zhì)因數(shù)的諧振電路,由于具有高增益的反饋環(huán)路,諧振電路極易發(fā)生振蕩。

 

作為寄生振蕩環(huán)路的等效電路,簡化后的電路模型如圖3,通常LD和LS之間的關(guān)系是:

 

LD<<LS,L1和LS之間的關(guān)系是:LD<<L1,在振蕩頻率下,LS和CDS發(fā)生并聯(lián)諧振,L1和CGD發(fā)生并聯(lián)諧振,CGS電容與L1電感形成串聯(lián)諧振。

 

 

圖3:MOS管并聯(lián)使用寄生參數(shù)等效模型(半邊電路等效)

 

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來源:Internet

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