在電力電子領(lǐng)域，當(dāng)多個(gè)SiC MOSFET模塊并聯(lián)時(shí)，受器件參數(shù)、寄生參數(shù)等因素影響，會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)電流不均的問題，制約系統(tǒng)性能。本章節(jié)帶你探究SiC MOSFET模塊并聯(lián)應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)均流問題。

1動(dòng)態(tài)均流

MOSFET模塊并聯(lián)的動(dòng)態(tài)均流是指在多個(gè)MOSFET模塊并聯(lián)工作時(shí)，在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中（即開通、關(guān)斷的過程），使各個(gè)MOSFET模塊之間的電流能均勻分配。

1.1 動(dòng)態(tài)不均流產(chǎn)生的原因

器件參數(shù)離散性：制造工藝的差異使得SiC MOSFET的通態(tài)電阻RDS(on)、閾值電壓VGS(th)、柵極電容Ciss、Coss等參數(shù)存在離散性，在開關(guān)過程中，這些參數(shù)差異會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電流不平衡。

寄生參數(shù)影響：柵極驅(qū)動(dòng)、主回路寄生參數(shù)（如雜散電感Ls）等因素，也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電流不平衡。

溫度：局部溫度差異通過影響SiC MOSFET的電氣特性影響均流。溫度會(huì)影響SiC MOSFET的閾值電壓VGS(th)，如第18講《SiC MOSFET的動(dòng)態(tài)特性》圖1所示，溫度升高時(shí)，閾值電壓VGS(th)會(huì)降低，導(dǎo)致高溫的器件率先開通。另外，溫度會(huì)影響器件內(nèi)部載流子壽命和遷移率，從而導(dǎo)致其開關(guān)時(shí)間差異，進(jìn)而影響動(dòng)態(tài)過程中的電流均衡。

1.2 動(dòng)態(tài)不均流的影響

器件損耗不均衡：動(dòng)態(tài)不均流問題會(huì)使各并聯(lián)MOSFET模塊通過的電流不一致。電流大的器件通態(tài)損耗和開關(guān)損耗增加。

降低系統(tǒng)可靠性：動(dòng)態(tài)不均流問題使部分器件承受較大的電流應(yīng)力和熱應(yīng)力，容易引發(fā)器件的故障。

限制系統(tǒng)性能提升：為了避免因動(dòng)態(tài)不均流問題導(dǎo)致器件損壞，電路設(shè)計(jì)時(shí)往往需要降額使用，或者選擇額定電流較大的SiC MOSFET模塊，或者降低電路的工作頻率、輸出功率等。這在一定程度上限制了系統(tǒng)性能的提升，無法充分發(fā)揮SiC MOSFET模塊的優(yōu)勢，不利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、高效化設(shè)計(jì)。

產(chǎn)生電磁干擾：動(dòng)態(tài)電流不均衡可能會(huì)導(dǎo)致電路中的電流波形出現(xiàn)畸變，產(chǎn)生高頻諧波分量。

2解決動(dòng)態(tài)不均流的方法

在SiC MOSFET模塊并聯(lián)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流需要考慮多方面因素，以下從器件選擇、電路布局設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、散熱處理等維度作簡要介紹：

1）器件選擇與篩選

參數(shù)一致性：挑選并聯(lián)應(yīng)用的SiC MOSFET模塊時(shí)，要確保關(guān)鍵參數(shù)，如閾值電壓、跨導(dǎo)等的一致性。這些參數(shù)的差異會(huì)直接影響模塊的開關(guān)特性和電流分配，參數(shù)離散性越小，越有利于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流。一般來說，同一批次的模塊電氣性能比較接近，因此，在選擇并聯(lián)的模塊時(shí)，通常選用同一批次的模塊。

2）電路布局設(shè)計(jì)

對(duì)稱布局：采用對(duì)稱的電路布局，使各并聯(lián)模塊到電源、負(fù)載以及驅(qū)動(dòng)電路的路徑長度和寄生參數(shù)盡可能一致，讓每個(gè)模塊的功率回路和驅(qū)動(dòng)回路具有相似的電氣特性，減少因布局差異導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)均流問題，如第21講《SiC MOSFET模塊的并聯(lián)-靜態(tài)均流》圖2、圖3所示，經(jīng)過調(diào)整布局布線，可以使流過各器件的電流基本保持相同。

3）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致性：驅(qū)動(dòng)信號(hào)的差異會(huì)導(dǎo)致模塊的開關(guān)時(shí)間不一致，從而影響動(dòng)態(tài)均流。可以采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)核來驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的模塊，并且使每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)回路阻抗盡可能接近。

驅(qū)動(dòng)能力匹配：驅(qū)動(dòng)電路的輸出能力要與模塊的要求相匹配，驅(qū)動(dòng)能力不足會(huì)導(dǎo)致開關(guān)速度變慢，增加開關(guān)損耗，影響動(dòng)態(tài)均流性能。

推薦每個(gè)并聯(lián)模塊使用獨(dú)立的柵極電阻，如圖2所示，可避免柵極振蕩。

圖1：集中柵極電阻

圖2：獨(dú)立柵極電阻

推薦在柵極驅(qū)動(dòng)的源極環(huán)路中加入一個(gè)小電阻（如0.1歐姆）或者鐵氧體磁珠，可以抑制源極環(huán)路電流，因?yàn)樵摥h(huán)路電流會(huì)影響并聯(lián)器件的瞬態(tài)柵極電壓，導(dǎo)致不一致的開關(guān)速度，影響動(dòng)態(tài)均流。如圖4所示。

圖3：源極環(huán)路電流

圖4：限制源極環(huán)路電流的措施

4）散熱設(shè)計(jì)

確保各并聯(lián)模塊能夠均勻散熱，避免因溫度差異導(dǎo)致的SiC MOSFET動(dòng)態(tài)參數(shù)差異，影響動(dòng)態(tài)均流。

正文完

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三菱電機(jī)創(chuàng)立于1921年，是全球知名的綜合性企業(yè)。截止2025年3月31日的財(cái)年，集團(tuán)營收55217億日元（約合美元368億）。作為一家技術(shù)主導(dǎo)型企業(yè)，三菱電機(jī)擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，并憑借強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和良好的企業(yè)信譽(yù)在全球的電力設(shè)備、通信設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、電子元器件、家電等市場占據(jù)重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機(jī)從事開發(fā)和生產(chǎn)半導(dǎo)體已有69年。其半導(dǎo)體產(chǎn)品更是在變頻家電、軌道牽引、工業(yè)與新能源、電動(dòng)汽車、模擬/數(shù)字通訊以及有線/無線通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。