在電力電子領域，當多個SiC MOSFET模塊并聯(lián)時，受器件參數(shù)、寄生參數(shù)等因素影響，會出現(xiàn)動態(tài)電流不均的問題，制約系統(tǒng)性能。本章節(jié)帶你探究SiC MOSFET模塊并聯(lián)應用中的動態(tài)均流問題。

1動態(tài)均流

MOSFET模塊并聯(lián)的動態(tài)均流是指在多個MOSFET模塊并聯(lián)工作時，在開關轉換過程中（即開通、關斷的過程），使各個MOSFET模塊之間的電流能均勻分配。

1.1 動態(tài)不均流產生的原因

器件參數(shù)離散性：制造工藝的差異使得SiC MOSFET的通態(tài)電阻RDS(on)、閾值電壓VGS(th)、柵極電容Ciss、Coss等參數(shù)存在離散性，在開關過程中，這些參數(shù)差異會導致動態(tài)電流不平衡。

寄生參數(shù)影響：柵極驅動、主回路寄生參數(shù)（如雜散電感Ls）等因素，也會導致動態(tài)電流不平衡。

溫度：局部溫度差異通過影響SiC MOSFET的電氣特性影響均流。溫度會影響SiC MOSFET的閾值電壓VGS(th)，如第18講《SiC MOSFET的動態(tài)特性》圖1所示，溫度升高時，閾值電壓VGS(th)會降低，導致高溫的器件率先開通。另外，溫度會影響器件內部載流子壽命和遷移率，從而導致其開關時間差異，進而影響動態(tài)過程中的電流均衡。

1.2 動態(tài)不均流的影響

器件損耗不均衡：動態(tài)不均流問題會使各并聯(lián)MOSFET模塊通過的電流不一致。電流大的器件通態(tài)損耗和開關損耗增加。

降低系統(tǒng)可靠性：動態(tài)不均流問題使部分器件承受較大的電流應力和熱應力，容易引發(fā)器件的故障。

限制系統(tǒng)性能提升：為了避免因動態(tài)不均流問題導致器件損壞，電路設計時往往需要降額使用，或者選擇額定電流較大的SiC MOSFET模塊，或者降低電路的工作頻率、輸出功率等。這在一定程度上限制了系統(tǒng)性能的提升，無法充分發(fā)揮SiC MOSFET模塊的優(yōu)勢，不利于實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、高效化設計。

產生電磁干擾：動態(tài)電流不均衡可能會導致電路中的電流波形出現(xiàn)畸變，產生高頻諧波分量。

2解決動態(tài)不均流的方法

在SiC MOSFET模塊并聯(lián)應用中實現(xiàn)動態(tài)均流需要考慮多方面因素，以下從器件選擇、電路布局設計、驅動電路設計、散熱處理等維度作簡要介紹：

1）器件選擇與篩選

參數(shù)一致性：挑選并聯(lián)應用的SiC MOSFET模塊時，要確保關鍵參數(shù)，如閾值電壓、跨導等的一致性。這些參數(shù)的差異會直接影響模塊的開關特性和電流分配，參數(shù)離散性越小，越有利于實現(xiàn)動態(tài)均流。一般來說，同一批次的模塊電氣性能比較接近，因此，在選擇并聯(lián)的模塊時，通常選用同一批次的模塊。

2）電路布局設計

對稱布局：采用對稱的電路布局，使各并聯(lián)模塊到電源、負載以及驅動電路的路徑長度和寄生參數(shù)盡可能一致，讓每個模塊的功率回路和驅動回路具有相似的電氣特性，減少因布局差異導致的動態(tài)均流問題，如第21講《SiC MOSFET模塊的并聯(lián)-靜態(tài)均流》圖2、圖3所示，經過調整布局布線，可以使流過各器件的電流基本保持相同。

3）驅動電路設計

驅動信號一致性：驅動信號的差異會導致模塊的開關時間不一致，從而影響動態(tài)均流?？梢圆捎靡粋€驅動核來驅動并聯(lián)的模塊，并且使每個柵極驅動回路阻抗盡可能接近。

驅動能力匹配：驅動電路的輸出能力要與模塊的要求相匹配，驅動能力不足會導致開關速度變慢，增加開關損耗，影響動態(tài)均流性能。

推薦每個并聯(lián)模塊使用獨立的柵極電阻，如圖2所示，可避免柵極振蕩。

圖1：集中柵極電阻

圖2：獨立柵極電阻

推薦在柵極驅動的源極環(huán)路中加入一個小電阻（如0.1歐姆）或者鐵氧體磁珠，可以抑制源極環(huán)路電流，因為該環(huán)路電流會影響并聯(lián)器件的瞬態(tài)柵極電壓，導致不一致的開關速度，影響動態(tài)均流。如圖4所示。

圖3：源極環(huán)路電流

圖4：限制源極環(huán)路電流的措施

4）散熱設計

確保各并聯(lián)模塊能夠均勻散熱，避免因溫度差異導致的SiC MOSFET動態(tài)參數(shù)差異，影響動態(tài)均流。

正文完

<關于三菱電機>

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