基於TOSHIBA MOSFET 的並聯應用介紹-Part 1

隨著 AI 應用的快速發展，對高效能運算的需求日益增加，進而推升了電源供應器的功率需求。為了滿足這些高瓦特數的應用，MOSFET 並聯設計在電源模組中變得越來越普遍。本篇文章將以 TOSHIBA 的 MOSFET 並聯應用為例，說明並聯操作的基本原理，並深入探討因元件特性不一致所導致的電流不平衡問題及其影響。

首先我們先介紹MOSFET 並聯工作原理與注意事項，在高電流應用中，並聯多個功率 MOSFET 是常見的做法，目的是提升整體的輸出電流能力。相較於雙極性電晶體（BJT），MOSFET 較不容易因熱失控而損壞，因此更適合並聯使用。然而，並聯 MOSFET 時仍需注意以下兩大問題，以確保電流分配均勻並避免損壞：

 一、裝置特性不匹配導致的電流不平衡

即使使用相同型號的 MOSFET，也可能因製程差異導致以下參數不一致：

• 閘極閾值電壓（V_GS(th)）
• 導通電阻（R_DS(on)）
• 閘極電荷（Q_g）

這些差異會造成某些 MOSFET 承擔較多電流，進而產生過熱與損壞風險。\

 解決方法：

• 使用同一批次、同型號的 MOSFET。
• 在每個 MOSFET 的源極串聯小電阻（如 0.1Ω）以促進均流。
• 採用主動電流均流控制電路。

 二、寄生振盪問題

MOSFET 並聯時，若閘極驅動路徑不對稱或雜散電感過大，可能產生高頻寄生振盪，導致：

• 器件誤導通或誤關斷
• EMI 增加
• 嚴重時損壞元件

 解決方法：

• 確保閘極驅動線路對稱、等長。
• 在每個閘極串聯小電阻（如 10Ω）以抑制振盪。
• 使用高驅動能力的閘極驅動器。
• 優化 PCB 佈線，減少雜散電感。

依照以上兩點,我們整理了一個表格做了總結給各位更清楚瞭解。

問題類型	解決策略
電流不均	使用源極電阻、選用匹配元件、主動均流控制
寄生振盪	加閘極電阻、對稱佈線、使用驅動器、減少雜散電感
熱失衡	加強散熱設計、使用熱耦合方式
開關尖峰	加 Snubber 電路、優化佈線

在 MOSFET 並聯應用中，電流不平衡常發生於導通與關斷的開關轉換期間。這種不平衡主要來自於各個 MOSFET 之間的開關時間差異，
而這些差異又與元件的特性密切相關,以下是我們整理的二點因素:

三、開關時間差異的原因

MOSFET 的開關時間與其閘極-源極閾值電壓（V_th）有關：

• V_th 較小 → 較早導通，導通時間較快
• V_th 較大 → 較早關斷，關斷時間較快

因此，在並聯結構中，V_th 較小的 MOSFET會在導通與關斷過程中承擔較多電流，導致瞬間電流集中，進而產生過大的熱與電應力，可能導致元件損壞。

四、如何減少開關期間的電流不平衡

為了降低這種瞬態期間的電流不均，建議採取以下設計對策：

1. 選用 V_th 接近的 MOSFET

   • 儘量使用同一批次、同一型號的元件，以減少 V_th 差異。

2. 選擇高跨導（g_m）的 MOSFET

   • 跨導高的元件通常具有更快的開關速度，有助於同步導通與關斷。

3. 優化 PCB 佈線，減少雜散電感差異

   • 並聯 MOSFET 的互連線（特別是源極線）若長度不一致，會導致不同的雜散電感，進而影響閘極驅動電壓與開關行為。
   • 建議保持每個 MOSFET 的互連線長度一致，以確保驅動條件一致。

依照以上兩點,我們整理了一個表格做了總結給各位更清楚瞭解。

問題來源	解決策略
Vth 差異	使用匹配的 MOSFET、選擇高 gm 元件
雜散電感不一致	優化佈線、保持互連線長度一致
開關時間不同步	調整驅動電路、使用對稱驅動設計

本篇就介紹到這，下一篇我們將介紹MOSFET 並聯運用時MOSFET 寄生參數的操作。