理論上,MOSFET進(jìn)入穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)
以下情況才成立:
1.MOSFET導(dǎo)通電阻具有正的溫度系數(shù),可并聯(lián)。
2.一個(gè)并聯(lián)MOSFET溫度上升,正溫度系數(shù)導(dǎo)通電阻也增加,流過(guò)電流減小,溫度降低,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的均流達(dá)到平衡。
3.一個(gè)功率MOSFET器件,其內(nèi)部也是有許多小晶胞并聯(lián)而成,晶胞導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù),因并聯(lián)工作沒(méi)問(wèn)題。
原因:開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)化瞬態(tài)過(guò)程中,以上即不成立。
功率MOSFET傳輸特征
MOSFET三區(qū):關(guān)斷區(qū)+飽和區(qū)+線性區(qū)。
線性區(qū)也叫三極區(qū)或可變電阻區(qū),在這個(gè)區(qū)域,MOSFET基本上完全導(dǎo)通。
MOSFET工作在飽和區(qū)時(shí),具有信號(hào)放大功能,柵極的電壓和漏極的電流基于其跨導(dǎo)保持一定的約束關(guān)系,柵極的電壓和漏極的電流的關(guān)系就是MOSFET的傳輸特性。
μn:反型層中電子的遷移率
COX:氧化物介電常數(shù)與氧化物厚度比值
W:溝道寬度
L:溝道長(zhǎng)度
溫度對(duì)功率MOSFET傳輸特征影響
MOSFET數(shù)據(jù)表中,典型傳輸特性,25℃和175℃兩條曲線有一個(gè)交點(diǎn),此交點(diǎn)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的VGS電壓和ID電流值,VGS即轉(zhuǎn)折電壓。
VGS左下部分曲線
VGS電壓一定時(shí),溫度越高,流過(guò)的電流越大,溫度和電流形成正反饋,即MOSFET的RDS(ON)為負(fù)溫度系數(shù),可將這個(gè)區(qū)域稱為RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域。
如下圖所示
VGS右上部分曲線
VGS電壓一定時(shí),溫度越高,所流過(guò)的電流越小,溫度和電流形成負(fù)反饋,即MOSFET的RDS(ON)為正溫度系數(shù),可以將這個(gè)區(qū)域稱為RDS(ON)正溫度系數(shù)區(qū)域。
功率MOSFET內(nèi)部晶胞的等效模型
在功率MOSFET內(nèi)部,由許多單元即晶胞并聯(lián)組成單位面積上,并聯(lián)晶胞越多,導(dǎo)通電阻RDS(ON)就越小。
晶元面積越大晶胞越多,通電阻RDS(ON)越小。
單元的G極和S極由內(nèi)部金屬導(dǎo)體連接匯集在晶元的某一個(gè)位置,由導(dǎo)線引出到管腳,這樣G極在晶元匯集處為參考點(diǎn),其到各個(gè)晶胞單元的電阻并不完全一致,離匯集點(diǎn)越遠(yuǎn)的單元,G極的等效串聯(lián)電阻就越大。
正是由于串聯(lián)等效的柵極和源極電阻的分壓作用,造成晶胞單元的VGS的電壓不一致,從而導(dǎo)致各個(gè)晶胞單元電流不一致。
在MOSFET開(kāi)通的過(guò)程中,由于柵極電容的影響,會(huì)加劇各個(gè)晶胞單元電流不一致。
功率MOSFET開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中晶胞的熱不平衡
如下圖所示
開(kāi)通過(guò)程中,漏極電流ID在逐漸增大
離柵極管腳處晶胞單元的電壓:離其近>離其遠(yuǎn)
即VG1》VG2》VG3>…,VGS電壓高單元,即離其近的流過(guò)電流小大,遠(yuǎn)則電流小。
距離最遠(yuǎn)地方晶胞可能沒(méi)導(dǎo)通,因而沒(méi)有電流流過(guò)。
電流大的晶胞單元,溫度升高。
功率MOSFET內(nèi)部等效模型
開(kāi)通過(guò)程中VGS的電壓逐漸增大到驅(qū)動(dòng)電壓,VGS電壓穿越RDS(ON)負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域,
溫度越高晶胞單元,因正反饋,流過(guò)電流會(huì)增大,晶胞單元溫度再上升。
VGS在RDS(ON)負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域工作或停留的時(shí)間越長(zhǎng),晶胞單元就越有過(guò)熱擊穿的可能,造成局部的損壞。
如果VGS從RDS(ON)負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域到達(dá)RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域,沒(méi)有形成局部的損壞,此時(shí),在RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域,晶胞單元的溫度越高,所流過(guò)的電流減小,晶胞單元溫度和電流形成負(fù)反饋,晶胞單元自動(dòng)均流,達(dá)到平衡。
在MOSFET關(guān)斷過(guò)程中,離柵極管腳距離遠(yuǎn)的晶胞單元的電壓降低得慢,容易在RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域形成局部的過(guò)熱而損壞。
加快MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷速度,使MOSFET快速通過(guò)RDS(ON)負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域,就可減小局部能量的聚集,防止晶胞單元局部過(guò)熱而損壞。
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原文標(biāo)題:MOS管并聯(lián)工作
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