MOS管并聯(lián)方法及工作原理詳解與mos管并聯(lián)均流技術(shù)分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-11-21
并聯(lián)是元件之間的一種連接方式，其特點(diǎn)是將2個(gè)同類或不同類的元件、器件等首首相接，同時(shí)尾尾亦相連的一種連接方式。通常是用來(lái)指電路中電子元件的連接方式，即并聯(lián)電路。
MOS管并聯(lián)方法，為了使并聯(lián)電路中每個(gè)MOS管盡可能的均流，在設(shè)計(jì)并聯(lián)電路時(shí)需要考慮如下要素 ：
1、飽和壓降VDs或?qū)≧DSon：對(duì)所有并聯(lián)的MOS管而言 ，導(dǎo)通時(shí)其管壓降是相同的，其結(jié)果必然是飽和電壓小的MOS管先流過(guò)較大的電流 ，隨著結(jié)溫的升高，管壓降逐漸增大，則流過(guò)管壓降大的MOS管的電流又會(huì)逐漸增大，從而減輕管壓降小的MOS管的工作壓力。因此，從原理上講，由于N溝道功率型MOS管的飽和壓降VDs或?qū)娮鑂DSon具有正的溫度特性 ，是很適合并聯(lián)的。
2、開(kāi)啟電壓VGS（th）：在同一驅(qū)動(dòng)脈沖作用下 ，開(kāi)啟電壓VGS（th）的不同，會(huì)引起MOS管的開(kāi)通時(shí)刻不同，進(jìn)而會(huì)引起先開(kāi)通的MOS管首先流過(guò)整個(gè)回路的電流，如果此時(shí)電流偏大,不加以限制 ，則對(duì)MOS管的安全工作 造成威脅；
3、開(kāi)通、關(guān)斷延遲時(shí)間Td(on)、td(off)；開(kāi)通上升、關(guān)斷下降時(shí)間tr、tf:同樣，在同一驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，td(on)、td(off)、tr 、tf的不同 ，也會(huì)引起MOS管的開(kāi)通／關(guān)斷時(shí)刻不同，進(jìn)而會(huì)引起先開(kāi)通／后關(guān)斷的MOS 管流過(guò)整個(gè)回路的電流，如果此時(shí)電流偏大，不加以限制，則同樣對(duì)MOS 管的安全工作造成威脅。
4、驅(qū)動(dòng)極回路的驅(qū)動(dòng)輸入電阻、等效輸入 電容、等效輸入電感等，均會(huì)造成引起MOS管的開(kāi)通／關(guān)斷時(shí)刻不同。從上所述 ，可以看出，只要保證無(wú)論在開(kāi)通、關(guān)斷、導(dǎo)通的過(guò)程流過(guò)MOS管的 電流均使MOS管工作在安全工作區(qū)內(nèi)，則MOS管的安全工作得到保障。為此，本文提出一種MOS管的新的并聯(lián)方法，著重于均流方面的研究，可有效的保證MOS管工作在安全工作區(qū)內(nèi)，提高并聯(lián)電路的工作可靠性。
1、MOS管并聯(lián)方法電路圖
以3只IR公司的IRF2807 MOS管并聯(lián)試驗(yàn)為例，工作電路圖如圖1 。
2、MOS管并聯(lián)工作原理
在圖1中，采用對(duì)每個(gè)并聯(lián)的MOS管單獨(dú)實(shí)限流技術(shù)來(lái)限制流過(guò)每個(gè)MOS管的電流。具體方法如下 ：
在每個(gè)MOS管串聯(lián)作電流檢測(cè)用的采樣電阻(圖中的RlO、Rll、R12)，實(shí)時(shí)對(duì)流過(guò)每個(gè)MOS管的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3路分流器的采集信號(hào)均送人4比較器
LM339，作為判斷是否過(guò)流的依據(jù)：只要流過(guò)任何一個(gè)MOS管的電流超過(guò)對(duì)其所限定的電流保護(hù)值，則控制回路依據(jù)送出的過(guò)流保護(hù)信號(hào)馬上 限制驅(qū)動(dòng)脈沖的開(kāi)度，保證當(dāng)前流過(guò)每個(gè)MOS管的電流不超過(guò)所限定的電保護(hù)值 。
在圖1中,如果在PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖加入后 ，假定MOS1先開(kāi)通,MOS2、MOS3暫 時(shí)未開(kāi)通 ，則電流只能先流過(guò)MOS1，而且電流被限制在其限制值以內(nèi)；接著MOS2又開(kāi)通，則部分原先流過(guò)MOS1的電流會(huì)被分流到MOS2 ，必然引起流過(guò)MOS1的電流小于其限制值，于是過(guò)流信號(hào)消失，PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖開(kāi)度加大 ，直至電流 重新到達(dá)MOS1或MOS2的電流限制點(diǎn)后，PW Nin驅(qū)動(dòng)脈沖才會(huì)停止增加。以后MOS3導(dǎo)通的又重復(fù)上述的電流分配過(guò)程 ，直至到達(dá)新的電流平衡。同理，可分析MOS管任何時(shí)刻單個(gè)或多個(gè)導(dǎo)通時(shí)電流的自行分配過(guò)程 。
MOS管并聯(lián)方法均流技術(shù)，雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出#FormaTImgID_0#N溝道m(xù)os管符號(hào)一個(gè)大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場(chǎng)效應(yīng)管（FET），把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，詳情參考右側(cè)圖片（N溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。
場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)投影#FormaTImgID_1#P溝道m(xù)os管符號(hào)一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管，或，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。因?yàn)镸OS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
普通的功率MOSFET因?yàn)閮?nèi)阻低、耐壓高、電流大、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)易等優(yōu)良特性而得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)單個(gè)MOSFET的電流或耗散功率不滿足設(shè)計(jì)的需求時(shí)就遇到了并聯(lián)mos管的問(wèn)題。并聯(lián)mos管的兩大問(wèn)題，其一就是mos管的選型，其二就是mos管參數(shù)的篩選。
首先我們測(cè)試從某網(wǎng)店購(gòu)買的IRF4905型PMOS管。從圖中可見(jiàn)此PMOS管的字符與常見(jiàn)的IR公司器件有較大差異，遂使用DF-80A型二極管正向壓降測(cè)試儀對(duì)此mos管進(jìn)行實(shí)際的ID-VDS曲線測(cè)試。先從官網(wǎng)下載IRF4905的ID-VDS曲線，可見(jiàn)當(dāng)Vgs為-6.5V時(shí)，Id約在90A時(shí)恒流。用二極管測(cè)試儀DF-80A連接待測(cè)MOS管，測(cè)試儀輸出正極接IRF4905的S極，測(cè)試儀的負(fù)極接IRF4905的D極，用線性穩(wěn)壓電源加電位器接到IRF4905的G極，調(diào)節(jié)電位器，使Vgs=-6.5V。
實(shí)際測(cè)試：ID掃描范圍：0-100A，測(cè)試脈寬300微秒。可得到一個(gè)奇怪的測(cè)試曲線，與數(shù)據(jù)手冊(cè)中的曲線并不一致，在85A附近類似恒流趨勢(shì)，但是隨后曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，變成了近似恒壓曲線。敲開(kāi)該mos管發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部晶片僅芝麻粒大小。從手冊(cè)上可得該P(yáng)MOS管的電流可達(dá)74A，顯然此批料為假貨。如果購(gòu)料后沒(méi)經(jīng)過(guò)測(cè)試即上機(jī)，幾乎必然出現(xiàn)炸管事故。
我們?cè)購(gòu)谋镜仉娮邮袌?chǎng)購(gòu)買一管IRF4905。再次用DF-80A型二極管正向特性測(cè)試儀測(cè)量ID-VDS曲線。參數(shù)同上：ID掃描范圍：0-100A，300us脈沖寬度。測(cè)量結(jié)果如下：該曲線與數(shù)據(jù)手冊(cè)的描述相符。進(jìn)一步解剖結(jié)果顯示，該P(yáng)MOS管晶片面積大，且金屬部分呈紫銅色，與假芯片MOS管形成了鮮明對(duì)比。而且使用DF-80A型二極管正向壓降測(cè)試儀測(cè)試時(shí)，ID電流均是脈沖形式，平均功率很低，所以待測(cè)MOS管均不明顯發(fā)熱，保護(hù)器件不受損。
選定了MOS管的供應(yīng)商后將挑選參數(shù)盡量一致的MOS管。我們用16只IRF4905管并聯(lián)做并聯(lián)分流，這些MOS管源極并聯(lián)，柵極通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)連接，漏極懸空待測(cè)。測(cè)試方法同上。利用該軟件的Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以很方便的比較每個(gè)MOS管的特性曲線。
MOS管的ID-VDS曲線，使用Excel的繪制折線圖功能生成。該曲線清晰展示了有4只mos管的導(dǎo)通電阻小于其余的MOS管，這些MOS管工作時(shí)將流過(guò)更大的電流，易受損。因此將這四只MOS管換新后，16條ID-VDS曲線近乎完美重合，達(dá)到了并聯(lián)使用要求。
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