前言
单个MOSFET的电流能力有限,通过并联多个器件可直接提升总电流承载能力。多个器件分担功耗,减少单个器件的温升。MOSFET并联是一种常见的电路设计方法,主要用于提升电流承载能力、降低导通损耗或改善散热性能。
由于负载电流比较大,如果MOSFET并联电路设计不合理,就会出现炸管的问题,今天重点讲一下栅极电阻在预防MOSFET并联炸管问题中的作用,我们在设计MOSFET驱动电路时,一般会在MOSFET栅极串联一个电阻,那多个MOSFET并联的电路能共用一个栅极电阻吗?这个栅极电阻有什么用呢?如何解决炸管的问题呢?
Part 02、栅极电阻的作用以及能否共用分析?
栅极电阻主要用于以下目的:
1.控制开关速度
MOSFET的栅极-源极之间的等效电容Cgs在开关过程中需要充电和放电,Cgs叠加Cgd构成MOSFET的输入电容Ciss,栅极电阻与输入电容Ciss共同决定充放电时间常数(T=Rg·Ciss),进而会直接影响开关速度。增大Rg会减缓开关速度,降低开关损耗(Esw),但可能增加导通损耗,减小Rg则加快开关速度,但可能引发振荡或EMI问题。此处的抑制振荡指的是MOSFET漏源极Vds电压快速变化形成的dv/dt高频噪声干扰。Rg通过减缓开关速度降低EMl辐射干扰。
2.抑制寄生振荡
MOSFET栅极存在寄生电感,比如PCB走线、MOSEFT的封装引脚,寄生电感和电容(Cgs,Cgd),可能形成LC谐振,导致MOSEFT栅极电压振荡。通过调整栅极电阻能提供阻尼,避免栅极电压过冲或振铃。
3.MOSFET并联电路中均衡MOSFET开关延迟问题
打开MOSFET规格书,我们会发现MOSEFT的开启电压Vgs(th)参数是一个范围值,比如下图的0.9V~1.7V,这样即便我们用两个一模一样型号的MOSFET并联,可能存在其中一个MOSFET的开启电压是0.9V,另一个MOSFET的开启电压是1.7V,MOSFET的驱动电压是由低到高逐步变化的,这就会出现开启电压是0.9V导通时,开启电压是1.7V的并联的另一个MOSFET还没打开,就会出现一个MOSFET短时间内承担大电流的问题,如果没有详细计算评估,就可能会出现MOSFET爆管的问题。
所以在并联MOSFET中,若各器件的开启阀值电压(Vth)或输入电容(Ciss)存在差异,我们就可以通过栅极电阻可调节各器件的导通/关断时间差异,改善动态均流。由于不同MOSFET的寄生参数(栅极电感、输入电容)和阈值电压差异会导致驱动信号延迟不一致。若共用Rg,部分器件可能先导通或后关断,导致动态电流分配不均,尤其是MOSFET以高频开关工作时。并且共用Rg时,各MOSFET的栅极路径形成并联谐振回路,可能引发高频振荡,严重时导致器件过热或损坏,也就是炸管。
Part 03、总结
经过以上分析每个MOSFET的栅极一般都需要单独串联一个电阻,可有效隔离寄生参数差异,抑制振荡,并实现动态均流。并且对于电流特别大的驱动电路,如果MOSEFT同时以高频PWM开关工作,建议选择精度较高的电阻栅极,比如1%精度,避免阻值差异导致驱动信号不一致引起的MOSFET损耗不均衡。
有问题欢迎在评论区留言交流哦!