【博主簡(jiǎn)介】本人“愛在七夕時(shí)”，系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時(shí)間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。常言：真知不問出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當(dāng)之處，還請(qǐng)大家海涵。當(dāng)前在各網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上均以此昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

MOS 管作為半導(dǎo)體領(lǐng)域最基礎(chǔ)的器件之一，無論是在 IC 設(shè)計(jì)里，還是板級(jí)電路應(yīng)用上，都十分廣泛，尤其在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。然而大功率逆變器MOS管，工作的時(shí)候，發(fā)熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過高就可能導(dǎo)致MOS管的炸管，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個(gè)電路板的損毀。而單個(gè)MOSFET的電流能力有限，通過并聯(lián)多個(gè)器件可直接提升總電流承載能力。多個(gè)器件分擔(dān)功耗，減少單個(gè)器件的溫升。MOSFET并聯(lián)是一種常見的電路設(shè)計(jì)方法，主要用于提升電流承載能力、降低導(dǎo)通損耗或改善散熱性能。

一、導(dǎo)致并聯(lián)MOSFET炸管的原因

在多個(gè) MOSFET 并聯(lián)的電路中，只有個(gè)別 MOSFET 炸管可能由以下多種因素導(dǎo)致：

1、器件參數(shù)差異

導(dǎo)通電阻差異

即使是同一批次的 MOSFET，其導(dǎo)通電阻也會(huì)存在一定的離散性。導(dǎo)通電阻較小的 MOSFET 在導(dǎo)通時(shí)會(huì)分擔(dān)更大的電流，因?yàn)楦鶕?jù)歐姆定律I=U/R（其中I是電流，U是電壓，R是電阻），在并聯(lián)電路中電壓相同，電阻越小電流越大。當(dāng)通過的電流超過其額定電流時(shí)，就容易發(fā)熱損壞，進(jìn)而炸管。

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閾值電壓差異

閾值電壓不同會(huì)導(dǎo)致 MOSFET 開啟和關(guān)閉的時(shí)間不一致。閾值電壓較低的 MOSFET 會(huì)先于其他 MOSFET 開啟，承擔(dān)較大的沖擊電流；而在關(guān)斷時(shí)，閾值電壓較高的 MOSFET 可能還未完全關(guān)斷，使得電流集中在提前開啟或延遲關(guān)斷的 MOSFET 上，造成局部過流而炸管。

2、散熱不均

布局問題

如果 MOSFET 在電路板上的布局不合理，比如個(gè)別 MOSFET 靠近發(fā)熱源或者處于通風(fēng)不良的位置，其散熱效果會(huì)比其他 MOSFET 差。在長(zhǎng)時(shí)間工作或大電流通過時(shí)，散熱不良的 MOSFET 溫度會(huì)迅速升高，導(dǎo)致其性能下降，甚至超過其所能承受的溫度極限而炸管。

散熱片接觸問題

MOSFET 與散熱片之間的接觸不良也會(huì)影響散熱效果。例如，散熱片安裝不牢固、導(dǎo)熱硅脂涂抹不均勻等，都會(huì)使個(gè)別 MOSFET 的熱量無法及時(shí)散發(fā)出去，從而引發(fā)過熱損壞。

3、驅(qū)動(dòng)電路問題

驅(qū)動(dòng)信號(hào)不一致

驅(qū)動(dòng)電路為多個(gè) MOSFET 提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能存在差異，如驅(qū)動(dòng)電壓幅值、上升時(shí)間、下降時(shí)間不一致等。驅(qū)動(dòng)電壓幅值較高或上升時(shí)間較快的 MOSFET 會(huì)更快地進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，承擔(dān)更多的電流，增加炸管的風(fēng)險(xiǎn)。

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驅(qū)動(dòng)能力不足

如果驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力不足，無法為所有 MOSFET 提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，會(huì)導(dǎo)致部分 MOSFET 不能完全導(dǎo)通，從而使導(dǎo)通電阻增大，功耗增加，最終因過熱而炸管。

4、寄生參數(shù)影響

寄生電感和電容

電路中的寄生電感和電容會(huì)影響 MOSFET 的開關(guān)特性。當(dāng)多個(gè) MOSFET 并聯(lián)時(shí)，每個(gè) MOSFET 的寄生參數(shù)可能不同，導(dǎo)致其開關(guān)速度不一致。在開關(guān)過程中，這種不一致會(huì)引起電壓和電流的振蕩，使個(gè)別 MOSFET 承受過高的電壓或電流應(yīng)力，從而引發(fā)炸管。

布線電感

電路板上的布線電感也會(huì)對(duì) MOSFET 產(chǎn)生影響。如果個(gè)別 MOSFET 的布線電感較大，在開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，疊加在 MOSFET 的漏源極上，使該 MOSFET 承受的電壓超過其耐壓值，導(dǎo)致?lián)舸┱ü堋?/p>

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5、外部因素影響

電壓尖峰和浪涌

電路中可能會(huì)出現(xiàn)電壓尖峰和浪涌，如電源電壓的波動(dòng)、感性負(fù)載的開關(guān)等。這些異常電壓可能會(huì)瞬間超過 MOSFET 的耐壓值，由于各個(gè) MOSFET 的耐壓能力可能存在差異，耐壓較低的 MOSFET 就更容易被擊穿炸管。

電磁干擾

周圍環(huán)境中的電磁干擾可能會(huì)影響 MOSFET 的正常工作。個(gè)別 MOSFET 如果受到較強(qiáng)的電磁干擾，可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，導(dǎo)致過流或過壓，最終炸管。

二、避免MOSFET并聯(lián)時(shí)的散熱不均的方法

要避免 MOSFET 并聯(lián)時(shí)出現(xiàn)散熱不均的情況，可從器件布局、散熱片設(shè)計(jì)、散熱方式選擇和監(jiān)測(cè)維護(hù)等方面進(jìn)行優(yōu)化，以下是詳細(xì)說明：

1、合理布局 MOSFET

均勻分布

在 PCB（印刷電路板）上布局 MOSFET 時(shí)，要確保它們均勻分布。將多個(gè) MOSFET 等間距排列，避免出現(xiàn)局部過于密集的情況。這樣可以使每個(gè) MOSFET 周圍的空氣流動(dòng)相對(duì)一致，有利于熱量均勻散發(fā)。例如，采用矩陣式排列方式，讓各個(gè) MOSFET 之間保持相等的距離，保證散熱環(huán)境的一致性。

2、遠(yuǎn)離熱源

避免將 MOSFET 布置在其他發(fā)熱量大的元件附近，如大功率電阻、變壓器等。這些熱源會(huì)使周圍環(huán)境溫度升高，影響 MOSFET 的散熱。應(yīng)盡量將 MOSFET 與熱源隔開一定距離，或者在它們之間設(shè)置隔熱層，減少熱量傳遞。

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3、優(yōu)化散熱片設(shè)計(jì)

良好接觸

確保每個(gè) MOSFET 都能與散熱片有良好的物理接觸。在安裝 MOSFET 時(shí)，要使用合適的固定方式，如螺絲擰緊或夾子固定，保證 MOSFET 與散熱片緊密貼合。同時(shí)，在兩者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂，填充微小的空隙，提高熱傳導(dǎo)效率。導(dǎo)熱硅脂應(yīng)涂抹均勻，厚度適中，一般以能覆蓋 MOSFET 與散熱片接觸表面且無明顯堆積為宜。

散熱片結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)散熱片時(shí)，要考慮多個(gè) MOSFET 的散熱需求。采用一體化的散熱片結(jié)構(gòu)，讓多個(gè) MOSFET 共享一個(gè)散熱片，這樣可以使熱量在散熱片上更均勻地分布。此外，散熱片的鰭片設(shè)計(jì)要合理，增加散熱面積，提高散熱效率。鰭片的高度、間距和數(shù)量要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，一般來說，鰭片較高、間距適中且數(shù)量較多的散熱片散熱效果較好。

4、選擇合適的散熱方式

強(qiáng)制風(fēng)冷

對(duì)于功率較大的 MOSFET 并聯(lián)電路，可采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方式。安裝散熱風(fēng)扇，將冷空氣吹向 MOSFET 和散熱片，加快熱量散發(fā)。風(fēng)扇的風(fēng)量和風(fēng)速要根據(jù)實(shí)際散熱需求進(jìn)行選擇，確保能夠提供足夠的冷卻效果。同時(shí)，要注意風(fēng)扇的安裝位置和風(fēng)向，使空氣能夠均勻地流過每個(gè) MOSFET。

液冷散熱

在對(duì)散熱要求極高的場(chǎng)合，可以考慮液冷散熱方式。通過冷卻液在散熱管道中循環(huán)流動(dòng)，帶走 MOSFET 產(chǎn)生的熱量。液冷散熱具有散熱效率高、溫度均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高。在設(shè)計(jì)液冷系統(tǒng)時(shí)，要確保冷卻液的流動(dòng)路徑能夠覆蓋所有 MOSFET，保證散熱均勻。

5、監(jiān)測(cè)與維護(hù)

溫度監(jiān)測(cè)

在電路中安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè) MOSFET 的溫度。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常的 MOSFET，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)某個(gè) MOSFET 的溫度過高時(shí)，可以檢查其與散熱片的接觸情況，或者調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

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定期檢查

定期對(duì) MOSFET 和散熱片進(jìn)行檢查和維護(hù)。檢查散熱片是否有灰塵堆積、損壞等情況，如有需要及時(shí)清理或更換。同時(shí)，檢查 MOSFET 與散熱片的固定是否松動(dòng)，導(dǎo)熱硅脂是否干涸，如有問題及時(shí)進(jìn)行處理，確保散熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、調(diào)整柵極電阻能局部解決并聯(lián)MOS 炸管的原因

在多個(gè) MOSFET 并聯(lián)電路中，調(diào)整柵極電阻能在一定程度上解決個(gè)別 MOS 炸管的問題，主要基于改善開關(guān)同步性、抑制振蕩、降低應(yīng)力沖擊等原理，以下為你詳細(xì)解釋：

1、改善開關(guān)同步性

參數(shù)離散致開關(guān)差異

由于制造工藝的原因，即使是同一批次的 MOSFET，其閾值電壓、跨導(dǎo)等參數(shù)也會(huì)存在一定的離散性。這會(huì)導(dǎo)致在并聯(lián)使用時(shí)，各個(gè) MOSFET 的開啟和關(guān)斷時(shí)間不一致。閾值電壓較低的 MOSFET 會(huì)先開啟，承受較大的沖擊電流；在關(guān)斷時(shí)，閾值電壓較高的 MOSFET 可能還未完全關(guān)斷，使得電流集中在提前開啟或延遲關(guān)斷的 MOSFET 上，造成局部過流而炸管。

柵極電阻調(diào)節(jié)開關(guān)速度

柵極電阻與 MOSFET 的柵極電容構(gòu)成了一個(gè) RC 充電和放電回路。增大柵極電阻會(huì)使充電和放電時(shí)間常數(shù)增大，從而減慢 MOSFET 的開關(guān)速度。通過合理調(diào)整每個(gè) MOSFET 的柵極電阻，可以使各個(gè) MOSFET 的開關(guān)速度更加接近，減少因開關(guān)不一致導(dǎo)致的電流集中問題，避免個(gè)別 MOSFET 承受過大的電流而損壞。

2、抑制振蕩

寄生參數(shù)引發(fā)振蕩

電路中的寄生電感和電容會(huì)與 MOSFET 相互作用，在開關(guān)過程中產(chǎn)生電壓和電流的振蕩。當(dāng)多個(gè) MOSFET 并聯(lián)時(shí)，每個(gè) MOSFET 的寄生參數(shù)可能不同，這種振蕩會(huì)更加復(fù)雜和劇烈。振蕩產(chǎn)生的過高電壓和電流尖峰可能會(huì)超過 MOSFET 的耐壓和耐流能力，導(dǎo)致個(gè)別 MOSFET 炸管。

柵極電阻阻尼振蕩

柵極電阻可以與 MOSFET 的柵極電容形成 RC 阻尼電路。適當(dāng)增大柵極電阻可以增加阻尼效果，抑制寄生電感和電容引起的振蕩。通過調(diào)整柵極電阻的阻值，可以優(yōu)化阻尼比，使振蕩迅速衰減，減少電壓和電流的振蕩幅度，保護(hù) MOSFET 免受過高應(yīng)力的損害。

3、降低應(yīng)力沖擊

開關(guān)瞬間應(yīng)力集中

在 MOSFET 開啟和關(guān)斷的瞬間，會(huì)產(chǎn)生較大的電流和電壓變化率（和）。由于各個(gè) MOSFET 的特性差異，這些應(yīng)力可能會(huì)集中在個(gè)別 MOSFET 上，對(duì)其造成損害。

柵極電阻減緩變化率

增大柵極電阻可以減慢 MOSFET 的開關(guān)速度，從而降低開關(guān)瞬間的電流和電壓變化率。這樣可以減小應(yīng)力沖擊，使各個(gè) MOSFET 承受的應(yīng)力更加均勻，降低個(gè)別 MOSFET 因承受過大應(yīng)力而炸管的風(fēng)險(xiǎn)。

打開MOSFET規(guī)格書，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)MOSEFT的開啟電壓Vgs(th)參數(shù)是一個(gè)范圍值，比如下圖的0.9V~1.7V，這樣即便我們用兩個(gè)一模一樣型號(hào)的MOSFET并聯(lián)，可能存在其中一個(gè)MOSFET的開啟電壓是0.9V，另一個(gè)MOSFET的開啟電壓是1.7V，MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓是由低到高逐步變化的，這就會(huì)出現(xiàn)開啟電壓是0.9V導(dǎo)通時(shí)，開啟電壓是1.7V的并聯(lián)的另一個(gè)MOSFET還沒打開，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)MOSFET短時(shí)間內(nèi)承擔(dān)大電流的問題，如果沒有詳細(xì)計(jì)算評(píng)估，就可能會(huì)出現(xiàn)MOSFET爆管的問題。

所以在并聯(lián)MOSFET中，若各器件的開啟閥值電壓（Vth）或輸入電容（Ciss）存在差異，我們就可以通過柵極電阻可調(diào)節(jié)各器件的導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間差異，改善動(dòng)態(tài)均流。由于不同MOSFET的寄生參數(shù)（柵極電感、輸入電容）和閾值電壓差異會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲不一致。若共用Rg，部分器件可能先導(dǎo)通或后關(guān)斷，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)電流分配不均，尤其是MOSFET以高頻開關(guān)工作時(shí)。并且共用Rg時(shí)，各MOSFET的柵極路徑形成并聯(lián)諧振回路，可能引發(fā)高頻振蕩，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致器件過熱或損壞，也就是炸管。

四、解決并聯(lián)MOS炸管的其它方法

除了調(diào)整柵極電阻外，還可以從器件篩選、電路設(shè)計(jì)優(yōu)化、散熱管理、驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)和增加保護(hù)電路等方面來解決多個(gè) MOSFET 并聯(lián)電路里個(gè)別 MOS 炸管的問題，以下為你詳細(xì)介紹：

1、器件篩選

參數(shù)一致性篩選

在使用多個(gè) MOSFET 并聯(lián)之前，對(duì)其關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和篩選，確保各個(gè) MOSFET 的導(dǎo)通電阻、閾值電壓、跨導(dǎo)等參數(shù)盡可能一致。參數(shù)一致性高的 MOSFET 在并聯(lián)工作時(shí)，電流分配更加均勻，能有效減少個(gè)別 MOSFET 因過流而損壞的風(fēng)險(xiǎn)。例如，將導(dǎo)通電阻偏差控制在極小范圍內(nèi)，使每個(gè) MOSFET 分擔(dān)的電流接近平均水平。

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質(zhì)量檢測(cè)

對(duì) MOSFET 進(jìn)行全面的質(zhì)量檢測(cè)，包括耐壓測(cè)試、漏電流測(cè)試等，剔除有潛在缺陷的器件。只有經(jīng)過嚴(yán)格檢測(cè)合格的 MOSFET 才能用于并聯(lián)電路，提高整個(gè)電路的可靠性。

2、電路設(shè)計(jì)優(yōu)化

均流電阻

在每個(gè) MOSFET 的源極串聯(lián)一個(gè)小阻值的均流電阻。當(dāng)某個(gè) MOSFET 的電流增大時(shí)，其源極電阻上的電壓降也會(huì)增大，從而反饋到柵極，使該 MOSFET 的導(dǎo)通電阻增大，電流減小，實(shí)現(xiàn)各個(gè) MOSFET 之間的電流自動(dòng)均衡。均流電阻的阻值應(yīng)根據(jù)具體電路的電流大小和要求進(jìn)行合理選擇。

合理布線

優(yōu)化電路板的布線，盡量減小各個(gè) MOSFET 的寄生電感和電容差異。縮短?hào)艠O、源極和漏極的布線長(zhǎng)度，避免布線交叉和重疊，以減少電磁干擾和寄生參數(shù)的影響。同時(shí)，使各個(gè) MOSFET 的布線對(duì)稱，保證電路的對(duì)稱性和一致性。

3、散熱管理

均勻散熱布局

確保多個(gè) MOSFET 在電路板上均勻分布，避免局部熱量集中。采用合適的散熱片，并保證每個(gè) MOSFET 與散熱片之間有良好的接觸?？梢允褂脤?dǎo)熱硅脂填充間隙，提高熱傳導(dǎo)效率。此外，合理設(shè)計(jì)散熱片的形狀和尺寸，增加散熱面積，提高散熱效果。

強(qiáng)制散熱

對(duì)于功率較大的并聯(lián)電路，可采用強(qiáng)制風(fēng)冷或液冷的方式進(jìn)行散熱。安裝散熱風(fēng)扇或散熱液循環(huán)系統(tǒng)，及時(shí)帶走 MOSFET 產(chǎn)生的熱量，降低其工作溫度，提高可靠性。

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4、驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)

增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力

確保驅(qū)動(dòng)電路能夠?yàn)槊總€(gè) MOSFET 提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，使所有 MOSFET 都能快速、完全地導(dǎo)通和關(guān)斷?？梢圆捎霉β瘦^大的驅(qū)動(dòng)芯片或增加驅(qū)動(dòng)級(jí)來提高驅(qū)動(dòng)能力，避免因驅(qū)動(dòng)不足導(dǎo)致 MOSFET 工作在不飽和區(qū)，產(chǎn)生過大的功耗和發(fā)熱。

同步驅(qū)動(dòng)

采用同步驅(qū)動(dòng)方式，使各個(gè) MOSFET 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)盡可能一致?？梢允褂脤Ｓ玫尿?qū)動(dòng)變壓器或驅(qū)動(dòng)集成電路來實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng)，減少驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲和差異，保證各個(gè) MOSFET 同步工作。

5、增加保護(hù)電路

過流保護(hù)

在電路中增加過流保護(hù)裝置，如電流互感器、過流繼電器等。當(dāng)某個(gè) MOSFET 的電流超過設(shè)定的閾值時(shí)，保護(hù)電路能夠迅速動(dòng)作，切斷電路或降低電流，防止 MOSFET 因過流而損壞。

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過壓保護(hù)

安裝過壓保護(hù)元件，如瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）、壓敏電阻等。當(dāng)電路中出現(xiàn)過壓情況時(shí)，這些保護(hù)元件能夠迅速導(dǎo)通，將電壓鉗位在安全范圍內(nèi)，保護(hù) MOSFET 免受過高電壓的沖擊。

溫度保護(hù)

使用溫度傳感器監(jiān)測(cè) MOSFET 的溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，通過控制電路降低功率或切斷電路，避免 MOSFET 因過熱而損壞。

總結(jié)一下

雖然是可以通過合理調(diào)整柵極電阻，從而改善多個(gè)MOSFET并聯(lián)電路中的電流平衡，減少瞬態(tài)期間的變化，最后降低個(gè)別MOSFET發(fā)生炸管的風(fēng)險(xiǎn)。但因?yàn)榇朔椒ㄒ灿兴木窒扌裕越ㄗh還是根據(jù)實(shí)際電路情況和測(cè)試結(jié)果，仔細(xì)選擇和調(diào)整柵極電阻的值，并從以上講到的器件篩選、電路設(shè)計(jì)優(yōu)化、散熱管理、驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)和增加保護(hù)電路等方面一起去解決才最為妥當(dāng)。

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審核編輯 黃宇