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MOS管并联方法及工作原理详解与mos管并联均流技术分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-11-21 

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mos管並聯方法
什麽是並聯

並聯是元件之間的一種連接方式,其特點是將2個同類或不同類的元件、器件等首首相接,同時尾尾亦相連的一種連接方式。通常是用來指電路中電子元件的連接方式,即並聯電路。


MOS管功率管並聯需要考慮的要點

MOS管并联方法,为了使并联电路中每个MOS管尽可能的均流,在设计并联电路时需要考虑如下要素 :

1、饱和压降VDs或导通RDSon:对所有并联的MOS管而言 ,导通时其管压降是相同的,其结果必然是饱和电压小的MOS管先流过较大的电流 ,随着结温的升高,管压降逐渐增大,则流过管压降大的MOS管的电流又会逐渐增大,从而减轻管压降小的MOS管的工作压力。因此,从原理上讲,由于N沟道功率型MOS管的饱和压降VDs或导通电阻RDSon具有正的温度特性 ,是很适合并联的。

2、开启电压VGS(th):在同一驱动脉冲作用下 ,开启电压VGS(th)的不同,会引起MOS管的开通时刻不同,进而会引起先开通的MOS管首先流过整个回路的电流,如果此时电流偏大,不加以限制 ,则对MOS管的安全工作 造成威胁;

3、开通、关断延迟时间Td(on)、td(off);开通上升、关断下降时间tr、tf:同样,在同一驱动脉冲作用下,td(on)、td(off)、tr 、tf的不同 ,也会引起MOS管的开通/关断时刻不同,进而会引起先开通/后关断的MOS 管流过整个回路的电流,如果此时电流偏大,不加以限制,则同样对MOS 管的安全工作造成威胁。

4、驱动极回路的驱动输入电阻、等效输入 电容、等效输入电感等,均会造成引起MOS管的开通/关断时刻不同。从上所述 ,可以看出,只要保证无论在开通、关断、导通的过程流过MOS管的 电流均使MOS管工作在安全工作区内,则MOS管的安全工作得到保障。为此,本文提出一种MOS管的新的并联方法,着重于均流方面的研究,可有效的保证MOS管工作在安全工作区内,提高并联电路的工作可靠性。


一種新MOS管並聯方法的工作原理

1、MOS管並聯方法電路圖

以3只IR公司的IRF2807 MOS管并联试验为例,工作电路图如图1 。

MOS管并联方法


2、MOS管並聯工作原理

在图1中,采用对每个并联的MOS管单独实限流技术来限制流过每个MOS管的电流。具体方法如下 :

在每個MOS管串聯作電流檢測用的采樣電阻(圖中的RlO、Rll、R12),實時對流過每個MOS管的電流進行監測。3路分流器的采集信號均送人4比較器

LM339,作为判断是否过流的依据:只要流过任何一个MOS管的电流超过对其所限定的电流保护值,则控制回路依据送出的过流保护信号马上 限制驱动脉冲的开度,保证当前流过每个MOS管的电流不超过所限定的电保护值 。

在图1中,如果在PW Nin驱动脉冲加入后 ,假定MOS1先开通,MOS2、MOS3暂 时未开通 ,则电流只能先流过MOS1,而且电流被限制在其限制值以内;接着MOS2又开通,则部分原先流过MOS1的电流会被分流到MOS2 ,必然引起流过MOS1的电流小于其限制值,于是过流信号消失,PW Nin驱动脉冲开度加大 ,直至电流 重新到达MOS1或MOS2的电流限制点后,PW Nin驱动脉冲才会停止增加。以后MOS3导通的又重复上述的电流分配过程 ,直至到达新的电流平衡。同理,可分析MOS管任何时刻单个或多个导通时电流的自行分配过程 。


mos管並聯方法均流技术定义

MOS管并联方法均流技术,双极型晶体管把输入端电流的微小变化放大后,在输出端输出#FormaTImgID_0#N沟道mos管符號一个大的电流变化。双极型晶体管的增益就定义为输出输入电流之比(beta)。另一种晶体管,叫做場效應管(FET),把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的transconductance, 定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常有的一般为N沟道和P沟道,详情参考右侧图片(N沟道耗盡型MOS管)。而P沟道常见的为低壓mos管。

場效應管通过投影#FormaTImgID_1#P沟道mos管符號一个电场在一个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。事实上没有电流流过这个绝缘体,所以FET管的GATE电流非常小。最普通的FET用一薄层二氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管,或,金属氧化物半导体場效應管(MOSFET)。因为MOS管更小更省电,所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。


MOS管並聯方法均流技術分析

普通的功率MOSFET因爲內阻低、耐壓高、電流大、驅動簡易等優良特性而得到了廣泛應用。當單個MOSFET的電流或耗散功率不滿足設計的需求時就遇到了並聯mos管的問題。並聯mos管的兩大問題,其一就是mos管的選型,其二就是mos管參數的篩選。

首先我們測試從某網店購買的IRF4905型PMOS管。從圖中可見此PMOS管的字符與常見的IR公司器件有較大差異,遂使用DF-80A型二極管正向壓降測試儀對此mos管進行實際的ID-VDS曲線測試。先從官網下載IRF4905的ID-VDS曲線,可見當Vgs爲-6.5V時,Id約在90A時恒流。用二極管測試儀DF-80A連接待測MOS管,測試儀輸出正極接IRF4905的S極,測試儀的負極接IRF4905的D極,用線性穩壓電源加電位器接到IRF4905的G極,調節電位器,使Vgs=-6.5V。

實際測試:ID掃描範圍:0-100A,測試脈寬300微秒。可得到一個奇怪的測試曲線,與數據手冊中的曲線並不一致,在85A附近類似恒流趨勢,但是隨後曲線發生轉折,變成了近似恒壓曲線。敲開該mos管發現,內部晶片僅芝麻粒大小。從手冊上可得該PMOS管的電流可達74A,顯然此批料爲假貨。如果購料後沒經過測試即上機,幾乎必然出現炸管事故。

我們再從本地電子市場購買一管IRF4905。再次用DF-80A型二極管正向特性測試儀測量ID-VDS曲線。參數同上:ID掃描範圍:0-100A,300us脈沖寬度。測量結果如下:該曲線與數據手冊的描述相符。進一步解剖結果顯示,該PMOS管晶片面積大,且金屬部分呈紫銅色,與假芯片MOS管形成了鮮明對比。而且使用DF-80A型二極管正向壓降測試儀測試時,ID電流均是脈沖形式,平均功率很低,所以待測MOS管均不明顯發熱,保護器件不受損。

選定了MOS管的供應商後將挑選參數盡量一致的MOS管。我們用16只IRF4905管並聯做並聯分流,這些MOS管源極並聯,柵極通過電阻網絡連接,漏極懸空待測。測試方法同上。利用該軟件的Excel數據導出功能,可以很方便的比較每個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管的導通電阻小于其余的MOS管,這些MOS管工作時將流過更大的電流,易受損。因此將這四只MOS管換新後,16條ID-VDS曲線近乎完美重合,達到了並聯使用要求。

MOS管并联方法



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