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1、MOSFET管并联应用时电流分配不均问题探究1 引言MOSFET 管的导通电阻具有正的温度特性，可自动调节电流，因而易于并联应用。但由于器件自身 参数(栅极电路参数及漏源极电路参数不一致)原因，并联应用功率MOSFET管会产生电流分配不均的问 题，关于此问题，已有文献进行过分析，这里进一步分析MOSFET管并联应用时导通电阻Ron、栅阈电 压UT、跨导Gm等自身参数及部分电路参数对静态和动态电流分配的影响。2 导通电阻 Ron 对静态电流分配的影响这里静态是指器件开关过程已结束并进入稳定导通后的工作状态。此时，由于导通电阻Ron具有正 的温度系数KT,可抑制电流分配不均的程度，但不能根本消除电
2、流分配不均现象。实践证明，当n只器 件并联时，若其中只有1只器件具有较小的导通电阻Ron，这时静态电流不均现象最为严重。设较小导 通电阻为R1，其余器件的导通电阻为R2,并设其结温为Tj=25C时的导通电阻分别为R10和R20，而 结温Tj工25C时的导通电阻分别为R1T和R2T，则有：p t0l+(r-25)KTn _ R20I 1+(T-25)Kt I/o 口沪皿REt式中，In为MOSFET管的漏极电流，RTj为PN结到管壳的热电阻。若负载电流为I0,当各器件不存在电流分配不均现象时，各管漏极电流平均值为：一般情况下应有：/o=/m+(rt-l)/KRhi圉1单口器件分配不均时的等效由路
3、CZdstrDi尺 zr( 5 )将式(1)(4)代入式(5),并整理得:MB门1711+B1 A .711A+ M(e+1 )匕 nR式中为漏极电流的不均匀度为导通电阻的不匹配度;“ 1OM=I2BR10RTjKT，称为功率MOSFET管导通电阻的自主补偿系数。当并联支路数nrw时，式(6)可简化为：=0(7)在式(7)、(8)中再分别令M=0和nw，则均可得到:A=B (9)图2是以IRFP064为例，根据式（9）计算出的漏极电流不均匀度A与导通电阻均匀度B间的关 系曲线（以n为参变量），可得出如下结论：（1）并联器件数n相同的每一组曲线，漏极电流不均匀度A随 自主补偿系数M的增大而下降；
4、（2）并联器件数n相同的每一组曲线，两条曲线间的差距随n的增大而增 大；（3）并联器件数n相同的每组曲线，随n的减小而降低；（4）并联器件的静态电流不匹配度A有最大值, 即A=B。所以，降低并联器件的电流不匹配度的最有效方法就是提高并联器件导通电阻的匹配程度。(8)nBn-i+B200262. 082. 0 B图2电流不均匀度4与电阻不匹配度B的关系曲线M=0M-0. 1923 阈值电压 UT 对动态电流分配的影响 动态电流分配不均是指由于器件本身参数失配而使各并联支路在开关过程中电流大小不一致的现象。原因很多，这里以图3为例分析阈值电压UT引起的电流分配不匀现象。设主电路并联支路数 n=2；
5、si =s2=s；/?io=2o=o；S=C讶SC疔C搭导肘财弘,且为恒定值。3. 1 VT1、VT2均未导通时的栅极电压，Otl时段，iD1=iD2=0栅极驱动信号由负半周进人正半周后，信号源Ug向两管的栅极电容Cgs充电，即:(10)3. 2仅VT1管导通时的栅极电压，tlt2时段在tlt2时间段内，iD10, iD2=0。对其整理，得到二阶微分方程组:Cx,r+(A +B)x + Ay +x=U(!iCx+Ax+Ay +y- Ugl(13)(14)式中，变量系数的数量级为A-10-8,B10-5,C-10-13。下面分析中认为BAC。考虑tl t2时间段变量x的初始条件，t=0时（即上一
6、阶段t=t1时）；x=UT1；并选择x=0,并考虑微分方程中变量 系数的数量级关系，得此微分方程组的解为：X=t/,1 - （t/,1 -1/11）exp （r |Z） y=t4i-（M-Ti）exp（r*） 式中卩一為丹為。当口2时上升到如,即有： T2=R-（d-Ti）exp（r*2） 由此可得从t/n上升到如所需时间为:C+ABB Ugt+Ujt(15)(16)(17)(18)川2）=/-（仏 一n）（/1A+B(19)将式（17）带入式（18）得$时刻x的值为3. 3两管均导通时的栅极电压，时段t28在t28时间段内，iD10, iD20根据图3,可整理得出二阶微分方程组为:Cxf+C
7、y+ (A +B )xr+A yf+x=Ugi(20)Cx+CyAx (A +B )y,+y=i(21)式中，C=2RgCgdgm（L0+LS）,同上述略有差异，但这种差异对结果影响甚微，予以忽略。考虑本时段变量），的初始条件，t=0时（即上一阶段t=t2时），y=UT2；并选择y=y（t2），得此微分方程组 的解为：rs S StreUi=x=Ut2+E+2 exp(- )-(E+2 )exp(yz) (22)*2=y=n+等-手+手exp（-令）-（E+等）exp（w）（23） 式中（5-Up），治条此时，两个 极电流的差达到最大值，即：KJ-10-15图4典型参数F的栅极电用匕式(26)
8、式(27)反映了并联应用的功率MOSFET极电流分配不匀程度及其与器件参数、电路参 数的关系，以上分析利用了近似关系式B AC，当不满足该关系时，以上分由式(26)(27)可以看出， 两漏极电流分配不均的程度与管子参数gm、UT1、UT2、Cgs、Cgd和电路参数Rg、Ls、Lo等都有密 切关系。根据场效应管 IRFP064 的典型参数及典型电路参数应用式(10)、 (15)、 (16)、 (22)、 (23)得到曲 线如图 4 所示。当得到的漏极电流的不均匀程度及所需时间随管子参数和电路参数的变化关系如图5、图 6 所示。S=n /+ _(4-n)g-J因而，场效应管V口丫门在8时段的漏极电
9、流可表 示为：yexp(IE+等)exp(-yt)| (24)ire=gmE+器-寻+#exp(-鲁)-(E+器)exp(yt)| (25)通过求这两个漏极电流的和与差可得；(26)4 结束语通过以上分析，要减小并联应用的MOSFET管电流分配不匀的影响，当应用电路采用如图3所示的 控制方式时，可采取以下措施：(1)尽量选择UT、gm、Ron等参数对称的管子，这是最基本的方法；(2) 适当引入源极电感Ls，这样既可提高漏极电流iD的均匀度，又不至于明显增大上升时间；(3)在漏极电 流如的上升时间满足要求的情况下，尽量减小栅极电阻Rg； (4)通过合理安排元器件及合理布线，尽量减 小漏极分布电感
10、。一种交错并联电路的控制部分设计1、引言 随着电子信息技术的发展，交错并联供电方式在通信电源、航空等领域中应用越来越广泛。变换器 若能实现并联模块的交错运行，可以减小总的电压和电流纹波、减小电磁干扰，从而带来很多好处。在 采用UC3846为控制芯片时，本文使用晶振产生基准频率，经反相器CD74HC04和脉冲计数器74HC4024共 同作用后，再与UC3846 一起产生振荡频率。这个方法能更好的实现工作频率，同时，在两路电源并行工 作时也能很好的解决交错并联时的同步问题。2、UC3846 工作原理UC3846采用标准双列直插式16引脚（DIP-16）封装。其内部方框图如图1所示。5 o1 1XE
11、r5Vo.地O-O-7 2一I电涼限.制:图 1 UC3846 内部结构方框图UC3846有16个引脚。各引脚功能如下：脚1为限流电平设置端；脚2为基准电压输出端；脚3为电 流检测放大器的反相输入端；脚4为电流检测放大器的同相输入端；脚5为误差放大器的同相输入端； 脚6为误差放大器的反相输入端；脚7为误差放大器反馈补偿；脚8为振荡器的外接电容端；脚9为振 荡器的外接电阻端；脚10为同步端；脚11为PWM脉冲的A输出端；脚12为地；脚13为集电极电源端; 脚14为PWM脉冲的B输出端；脚15为控制电源输入端；脚16为关闭端。UC3846的振荡器的频率由外接阻容、决定（9脚、8脚）。的充电电流由恒
12、流源提供。振荡器工作 频率由式（1）近似计算式。（1）绻一般在1500之间。为了减小噪声对晶振电容的影响，：应选择大于100pF的电容。为了防止两 路开关管的互通，要设定两路输出都关断的“死区时间”。：电压为一个锯齿波，其下降时间即为死区 时间，死区设置时间为：td = 14丄建劭応（2）增大，锯齿波下降时间即死区时间就增大。3 电路设计反相器CD74HC04 （功能图见图2）和脉冲计数器74HC4024 （其对应的结构图见图3,逻辑图见图4）5cp EC叵2址叵：Q5 4GWDp74HC4024Vcc 百 n. c. 17| Q0 ZE Q1 iq| n, c, 0Q2g | n. c.图
13、2 CD74HC04 功能图4 工作频率设计举例以 U2 为例，假使设计要求工作频率达到 60kH如图7所示，图中U3、U4分别为反相器CD74HC04和脉冲计数器74HC4024。对于单个UC3846来说, 其振荡频率的产生是外部振荡电阻和电容共同作用的结果。图 3 74HC4024 结构图z，具体进行电路的设计如下。SM-D T i BE1*6R比牛gVt.Wi图 7 振荡频率产生电路当Q2导通时，相当于接在C上的电容与UC3846的原来外接的振荡电容C并联，共同作为振荡电1814容，与振荡电阻一起产生频率。取C远大于C ，则在导通过程中C上存储的电荷量远大于C 。当18141814Q2截
14、止时，C将通过C迅速放电，使控制芯片的振荡器停止工作，直到Q2再次导通时UC3846重新1814开始产生控制脉冲。所以UC3846的振荡频率由C和C共同决定。即C和C并联，与振荡电阻Rt 一18141814起产生振荡频率。则振荡频率f =（3）故死区时间为td = 145i C14 + C18 l12/i 12-3.6/Rt-v （4）由于UC3846为双端输出脉宽调制器，故其A、B端的工作频率为振荡器振荡频率的一半。根据设计 要求，可取3.579545MHz的晶振，则经32分频后得111.8KHz。C取4.7nF,将其与UC3846的振荡电容 18C并联，与振荡电阻R 一起产生振荡频率。取C为100pF,R取3.65k，可得振荡频率14t14tRrCT = 3.65xl03 X4.8X10-9 = I2557故死区时间为=145CtP12/i：1 2 -恳应丁 i i 4 54. 8 10 3 ； l 2/( 12 -3.6/3.6.5 i二 0 J 5 8 阴则可使工作频率达到60kHz，从而达到本设计的频率要求。5 结论采用电流型控制芯片UC3846工作时，可通过采用反相器和脉冲计数器分频分相，从而实现两电源模 块的交错并联。本文给出了设计的原理电路并进行设计举例，证明了该方法的可行性。
