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安世半导体并联MOSFET平衡均流技术

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对于大电流负载,硬件设计都会使用多MOS并联的方案,但是这种多MOS并联的方案总是有一定比例的击穿,这是由于MOS的漏极过电流不一致导致某些MOS的电流分配过多导致热损坏。一般,解决这个问题的方法之一就是选择具有匹配阈值电压的MOSFET,相同电路,MOSFET的栅极驱动先停,但是其阈值电压不同,根据萨氏方程可知,漏极电流是不一样的
下图的仿真,两个MOS管阈值电压相差0.12V,输出漏极电流相差1.5A左右。现在的MOSFET同一批次的,阈值电压也可能相差0.5V以上。这是由于对于TrenchMOSFET电压会在晶圆内部变化。正是由于MOSFET的开启阈值电压不同,所以在相同的驱动信号Vgs作用下,就会导致MOS管的开通时刻不能统一,就会有MOS管先开通,也就是说让这个先开通的MOS管流过整个电路的所有电流。在这个时候,不对这个电流进行限制,就会造成先开通的MOS管超过SOA,从而损坏。由于Vgsth阈值电压是和温度有关的负温度系数,当漏极电流过大,造成温升高,Vgsth阈值电压会变得更低,从而导致MOS管热击穿的更快。
如果要解决阈值电压不一致的问题,就是分批筛选器件。但这是一种昂贵且操作过程复杂的解决方案,对产品要求很高。MOSFET厂商需要有大批量的订单,才会进行筛选。所以安世半导体使用的新型独特的均流技术,就可以让MOSFET在开关过程更均流。即使阈值电压不匹配,也能避免不均流的风险。可以让MOS管在导通的时刻,保证流过并联的每个管子的电流是相同的。
通过实验对比,使用均流技术的MOSFET和不使用均流技术的MOSFETDUT上面的波形:都是使用四个MOSFET并联驱动一个感性负载
在两套DUT上,都会使用一个阈值电压不一致的MOS管,相差0.5V。在上电测试过程中发现,使用新均流技术的DUT的尖峰电压值要小得多,下图波形中,红色和黄色波形是使用均流技术DUT设备,尽管并联的MOS管阈值电压相差0.5V,但是MOS管的漏源电压震荡很小,减少了MOS管峰值不匹配的情况。 蓝色和绿色的波形,是常规技术,MOS管的漏源电压震荡的严重,也从侧面说明MOS管开启过程不顺畅,显然漏极电流也是不一致的。
两种DUT在相同测试环境下,其VDS的峰峰值之间存在很大的差异,通过降低使用不匹配器件时候的电流尖峰,衰减就可以减小。安世半导体这种均流技术,可以不依赖MOS管阈值电压来保持匹配以均匀分流,可以让工程师在设计的时候不再需要依赖阈值电压参数的匹配,就能提供更好的均流。也就可以增加系统的最大额定电流,也可以减少不必要的余量设计。通过平衡所有并联器件的功率分布,就能减少每个MOSFET的应力。就可以提高系统的性能,提高产品生命周期的可靠性,充分发挥MOSFET的性能。也就不需要在制造阶段进行繁琐的筛选,节省相关的成本,降低复杂性。这种技术在已经在安世的MOSFET中得到应用,感兴趣的可以找安世的FAE咨询,在上百安培的大电流场合使用很方便。

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