Parallele MOSFETs

Als ich zur Schule ging, hatten wir einige grundlegende Schaltungsentwürfe und ähnliches. Ich habe gelernt, dass dies eine schlechte Idee war:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Da der Strom mit ziemlicher Sicherheit nicht gleichmäßig über diese drei Sicherungen fließt. Aber ich habe mehrere Schaltungen gesehen, die parallele Transistoren und MOSFETs verwenden, wie folgt:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Wie fließt der Strom durch diese? Fließt es garantiert gleichmäßig? Wenn ich drei MOSFETs habe, die jeweils 1 A Strom verarbeiten können, kann ich dann 3 A Strom ziehen, ohne einen der MOSFETs zu braten?

MOSFETs sind insofern etwas ungewöhnlich, als wenn Sie mehrere davon parallel schalten, sie sich die Last ziemlich gut teilen. Wenn Sie den Transistor einschalten, hat jeder einen etwas anderen Einschaltwiderstand und einen etwas anderen Strom. Diejenigen, die mehr Strom führen, erwärmen sich stärker und erhöhen ihren Einschaltwiderstand. Das verteilt dann den Strom ein wenig um. Vorausgesetzt, dass das Umschalten langsam genug ist, um diese Erwärmung zu ermöglichen, ergibt sich ein natürlicher Lastausgleichseffekt.

Nun ist der natürliche Lastausgleich nicht perfekt. Sie werden immer noch mit einem Ungleichgewicht enden. Wie viel davon abhängt, wie gut die Transistoren zusammenpassen. Mehrere Transistoren auf einem Chip sind besser als getrennte Transistoren und Transistoren desselben Alters aus derselben Charge oder Transistoren, die getestet und mit einem ähnlichen abgeglichen wurden. Aber als sehr grobe Zahl würde ich erwarten, dass Sie mit drei 1A-MOSFETs ungefähr 2,5 A schalten können. In einer realen Schaltung ist es ratsam, die Datenblätter und Anwendungshinweise des Herstellers zu lesen, um zu sehen, was sie empfehlen.

Auch diese Schaltung ist nicht ganz das, was Sie wollen. Es ist besser, wenn Sie die N-Typ-MOSFETs für das Low-Side-Schalten verwenden. Oder, wenn Sie beim High-Side-Schalten bleiben möchten, sollten Sie sich einige P-Typ-MOSFETs zulegen. Sie benötigen außerdem einen entsprechend platzierten Widerstand, um sicherzustellen, dass die Tore nicht schweben, wenn der Schalter geöffnet ist.

Beachten Sie, dass MOSFETs auch auf der Einzelgeräteskala auf eine gleichmäßige Stromverteilung angewiesen sind. Im Gegensatz zu theoretischen Modellen, bei denen der Kanal als Linie zwischen Source und Drain dargestellt wird, neigen reale Geräte dazu, den Kanalbereich über den Chip zu verteilen, um den Maximalstrom zu erhöhen:

^{(Die Kanalregion ist hexagonal verteilt. Das Bild wird von hier aus aufgenommen. )}

Teile des Kanals können als separate, parallel geschaltete MOSFETs betrachtet werden. Die Stromverteilung in Teilen des Kanals ist dank des beschriebenen natürlichen Lastausgleichseffekts @Jack B nahezu gleichmäßig.

International Rectifier - Application Note AN-941 - Parallelschaltung von Leistungs-MOSFETs

Ihre "Zusammenfassung" (Hervorhebung hinzugefügt):

• Verwenden Sie einzelne Gate-Widerstände , um die Gefahr von parasitären Schwingungen auszuschließen.
• Stellen Sie sicher, dass parallel geschaltete Geräte eine dichte Wärmekopplung haben .
• Entzerren Sie die Induktivität der gemeinsamen Quelle und reduzieren Sie sie auf einen Wert, der die gesamten Schaltverluste bei der Betriebsfrequenz nicht wesentlich beeinflusst.
• Reduzieren Sie die Streuinduktivität auf Werte, die bei maximalem Betriebsstrom akzeptable Überschwinger verursachen.
• Stellen Sie sicher, dass das Gate des MOSFETs in eine steife (Spannungs-) Quelle mit einer so geringen Impedanz wie möglich blickt.
• Zenerdioden in Gate-Treiberschaltungen können Oszillationen verursachen. Bei Bedarf sollten sie auf der Treiberseite der Gate-Entkopplungswiderstände platziert werden.
• Kondensatoren in Gate-Ansteuerschaltungen verlangsamen das Schalten, wodurch das Schaltungleichgewicht zwischen Geräten erhöht wird und Oszillationen verursacht werden können.
• Streukomponenten werden durch ein enges Layout minimiert und durch symmetrische Anordnung der Komponenten und Verlegung der Verbindungen ausgeglichen.

Fast 3 Jahre später, zum Nutzen aller, die dies jetzt finden ... Die Frage wurde sehr gut beantwortet, aber ich möchte auch hinzufügen, dass parasitäre Schwingungen ein Problem sein können, wenn die Tore nur direkt miteinander verbunden sind. Im Allgemeinen sehen Sie ein einfaches RC-Netz an den Toren, um dies zu verhindern. Wie so.

Die Werte können ziemlich niedrig sein; typischerweise 470 Ohm Rs und 100 pF Cs

Ich denke, der einfachste Weg, um dieses Problem zu betrachten, besteht darin, den Widerstand zwischen Drain und Source auf dem Datenblatt zu betrachten. Der schlimmste Fall ist, wenn Sie ein Gerät mit dem niedrigsten Widerstand und den Rest mit dem höchsten Widerstand haben. Es ist nur ein einfaches Parallelwiderstandsproblem, zu berechnen, wie viel Strom durch jeden Transistor fließt. Denken Sie bei der Auswahl eines Geräts daran, dass Sie sich ein Schutzband geben, um Temperaturschwankungen und Alterungseffekte des Geräts zu berücksichtigen.