?前言
硅材料的發(fā)展已接近物理極限，隨著學(xué)者和工程師們的不斷研究，相繼推出了第二代、第三代半導(dǎo)體材料。目前第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料開發(fā)的功率器件已規(guī)模商用，最具代表的為SiC和GaN，SiC在高壓大容量應(yīng)用中得到廣泛的應(yīng)用，其中在車載電源、充電樁、通信電源等場合應(yīng)用較為成熟；GaN具有高的開關(guān)頻率、寄生參數(shù)小，目前在消費類電子產(chǎn)品電源中應(yīng)用較廣，如手機快充、電動車電源等，高頻可以減小無源器件、提高功率密度，適用于便攜式移動設(shè)備電源方案。據(jù)了解目前已有部分廠家GaN器件的耐壓達(dá)到1200V。
本貼內(nèi)容來源文獻(xiàn)《碳化硅MOSFET并聯(lián)電流分配不均衡影響因素與抑制方法綜述》
目錄
1 概述
2 電流不均的影響因素
3 電流不均的抑制方法
4 參考文獻(xiàn)
1 概述
硅基器件受材料限制，難以滿足日益增長的高電壓、高頻率和高溫度的應(yīng)用需求。寬禁帶器件的出現(xiàn)可以改善當(dāng)前面臨的問題。目前商用的主流寬禁帶器件為SiC和DaN，SiC商用電壓達(dá)到1700V，實驗室條件下最大電壓可達(dá)15kV，而GaN商用的電壓達(dá)到650V/900V，1200V的GaN也在樣品測試階段，相信很快也可以商用。
受限于制造工藝，SiC芯片有源區(qū)域較小，額定電流一般小于150A，在大功率應(yīng)用場合，需要將多顆分立器件并聯(lián)或者SiC芯片并聯(lián)封裝，以實現(xiàn)在大功率場合下的應(yīng)用。每顆芯片的參數(shù)分布差異較大，使得芯片并聯(lián)存在不均流問題，在高頻應(yīng)用中振蕩嚴(yán)重，功率回路參數(shù)失配和驅(qū)動參數(shù)差異，使得電流不均問題更嚴(yán)重，芯片失效風(fēng)向更高。
2 電流不均的影響因素
SiC芯片并聯(lián)電流不均問題受限于芯片參數(shù)、功率回路參數(shù)及驅(qū)動電路參數(shù)等方面的綜合影響問題，這個問題較為復(fù)雜。只有清楚各個參數(shù)的影響機理才能很好的優(yōu)化并聯(lián)電流不均問題。電流不均的影響因素總結(jié)見表1。
其一：芯片參數(shù)對其影響。該影響與芯片生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，工藝造成跨導(dǎo)、閾值電壓、導(dǎo)通電阻等參數(shù)差異，其中，閾值的分散性最大。
其二：分立器件封裝、PCB走線、電容、母排等功率器件的分布參數(shù)導(dǎo)致并聯(lián)支路參數(shù)不匹配，導(dǎo)致暫穩(wěn)態(tài)電流不均。
其三：驅(qū)動回路參數(shù)對其影響。柵極驅(qū)動電壓幅值、驅(qū)動信號延遲、驅(qū)動電阻、柵極寄生電感等影響開關(guān)時間和電流變化率。
注：“+”代表各類影響因素在相同差異度下對電流分配的影響程度，“ +”越多影響程度越大，“○” 表示對電流分配無影響或影響可忽略。
3 電流不均的抑制方法
目前常用的方法為芯片篩選、封裝優(yōu)化和主動?xùn)艠O優(yōu)化3大類，此外，還包括附加元件。
芯片篩選：單一變量篩選，速度快、成本低，但效果不好。現(xiàn)常用人工智能算法進行芯片篩選可以同時考慮多項參數(shù)?？珊Y選既滿足暫態(tài)又滿足穩(wěn)態(tài)電流均衡的芯片，而且具篩選速度快。同時，在不同溫度下該方法均表現(xiàn)出較好電流均衡效果。
封裝優(yōu)化：可分為基于幾何對稱圖形的對稱布局封裝和對傳統(tǒng)布局進行改進的非對稱布局封裝。 雙電源端子布局如圖2所示。
主動?xùn)艠O驅(qū)動：一般由電流測量、補償值計算、驅(qū)動信號調(diào)節(jié) 3 個環(huán)節(jié)組成，是一種閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，保證每個運行周期的驅(qū)動信號都保持一致，有效抑制驅(qū)動信號失配造成的暫態(tài)電流分配不均衡。 該種驅(qū)動變得復(fù)雜，降低了穩(wěn)定性，不易集成。
輔助元件：在支路上補償電阻或電感可以實現(xiàn)各個支路阻抗一致，抑制電流分配不均衡；應(yīng)用差模扼流圈可以同時抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)電流不均衡，并且這種方法可以拓展到多個 MOSFET并聯(lián)； 應(yīng)用共模扼流圈等效模型后，互感 與驅(qū)動回路解耦，只有數(shù)值極小的漏感仍位于驅(qū)動回路，因此該方法不會影響開關(guān)速度
該文對SiC并聯(lián)不均流的影響因素和抑制方法做了詳細(xì)的總結(jié)，便于讀者更加清楚地了解其原理及相應(yīng)對策，可以很好的指導(dǎo)工程實踐。
4 參考文獻(xiàn)
[1] 碳化硅MOSFET并聯(lián)電流分配不均衡影響因素與抑制方法綜述-趙志斌
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