上一期文章，分享了英飞凌的参考手册对 MOSFET 并联的设计指导。起主要作用的是 Vgsth 和源极寄生电感。
本期文章，继续分享英飞凌关于 MOSFET 并联的参考手册，介绍在均流发挥重要作用的 MOSFET 参数，并量化了由于不均流而承载更多电流的 MOSFET 中产生的额外功率损耗。
首先建立如下图的半桥仿真模型：
半桥仿真模型的关键参数如下：
模型的建立，不考虑外部寄生参数，包括门极和源极的寄生电感，主要讨论MOSFET本体的参数。
对 MOS 并联均流影响最大的几个参数如下：
参数的影响是相似的——开关速度更快的 MOSFET 导致其导通时的总体功率耗散增加，而关断时功率耗散降低，因为开通的早，其承担的电流更大。
VGS(th) 参数的主要区别在于提前导通和延迟关断，这会导致该器件在开通和关断时的功率耗散均增加，因为更低的 VGS(th) 会导致提前开通和延迟关断。
而且VGS(th)这个参数是负温度系数，如下图：
VGS(th)越低，并联时承担更大的电流，导致结温上升，进而VGS(th)进一步降低，加剧了并联的不均流。
门极寄生电感，通过实验 LG 可以证明对均流的影响几乎可以忽略，最重要的因素就是 VGS(th)。
以英飞凌某款MOSFET的手册为例，给出了VGS(th)的典型值和范围。
量产器件批次的一致性，体现了 MOSFET 厂家的工艺和设计水平。各个 MOSFET 之间的这种 VGS(th)变化范围（最小到最大）和技术代差，电压等级和厂家水平息息相关。作为 MOSFET 的代表厂商，极低的 VGS(th) 差异使英飞凌 MOSFET 非常适合并联。这已被市场广泛认定为英飞凌 MOSFET 最具备技术壁垒的特点之一。
上图是英飞凌参考手册出具的不同批次产品VGS(th)分布图，具体分布在2.75V`3.15V这个0.4V的区间内，直接体现了英飞凌对产品一致性的管控能力。接下来的章节，会量化关键参数的具体影响。
假设半桥电路模型中， Q1 和 Q3 具备完全一致的参数，同时 PCB 寄生参数完全一致，那么 Q1 和 Q3 并联时二者是完全均流的。如下可以看到二者分配的 Id 是完全一致的。
如果Q1_VGS(th)=2.2V, Q3_VGS(th)=3.8V, 那么当并联 MOS 需要开通时，因为 Q1 的门槛电压低，会提前开通，Q3 的门槛电压高，相比 Q1 会延时开通。在这种差异下，二者的开关过程的电流分配如下图：
把开通过程和关断过程展开，如下图，VGS(th) 差异最大的情况导致的不均流波形：
如果如果 Q1_VGS(th)=2.8V, Q3_VGS(th)=3.3V, 那么二者的开关过程的电流分配如下图：
以 100us 作为单次开关周期，不同VGS(th)的差异下，并联 MOS 的损耗数据如下图：
在10k开关频率，50%占空比，不同的VGS(th)的损耗数据如下图：
通过上述数据证明，并联 MOS 的 VGS(th) 差异越小，门槛电压越小的 MOS 会承担更大的电流，进而有更大的开关损耗。哪怕导通电阻一致，但是因为寄生电感的影响，MOS开通后，电流的不平衡影响依然会持续10us左右，进而对导通损耗也有微小的影响。
VGS(th) 差异为 0.5 V (± 0.25 V) 时，VGS(th) 较低的 MOSFET 损耗会增加 26%， 如果我 ∆VGS(th) = 1.6 V (± 0.8 V) ，则损耗会增加 88%。那么Q1相比Q3，会工作在更加严苛的状态下，存在更高的失效风险。
依然选择10k开关频率，50%占空比的工况。
在2个 MOSFET 并联的情况下，对比以下 3 种不同的 VGS(th) 差异下的工况：
上图是不同门槛电压差异的下损耗具体差异数据，其中
PQ1(SW_avg) – MOSFET Q1 的平均开关损耗
PQ1(CND_avg) – MOSFET Q1 的平均传导损耗
PQ1(avg) – MOSFET Q1 的总体平均损耗（传导和开关损耗之和）
在最大 ∆VGS(th) 的情况下，最热 MOSFET 的总体损耗增加：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 104%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 88%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 52%
当值为 ∆VGS(th) = 0.5 V 时，最热 MOSFET 的损耗增加值显著减小。总体损耗增加：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 48%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 26%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 14%
在4个 MOSFET 并联的情况下，对比以下 3 种不同的 VGS(th) 差异下的工况：
对损耗的导致的差异如下图：
在 ∆VGS(th) =1.6 V 时，最热 MOSFET 的总体损耗增加值：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 308%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 169%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 81%
在 ∆VGS(th) =0.5 V 时，最热 MOSFET 的总体损耗增加值：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 77%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 41%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 21%
在6个 MOSFET 并联的情况下，对比以下 3 种不同的 VGS(th) 差异下的工况：
对损耗造成的差异如下图：
在 ∆VGS(th) =1.6 V 时，最热 MOSFET 的总体损耗增加值：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 396%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 193%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 91%
在 ∆VGS(th) =0.5 V 时，最热 MOSFET 的损耗增加值：
• IL_p.NQ = 25 A 时为 90%
• IL_p.NQ = 50 A 时为 46%
• IL_p.NQ = 100 A 时为 23%
从前例中可以得出一个结论，并联 MOSFET 的数量越多，最热 MOSFET 上的应力就越大。下图显示了在不同的Id电流下，损耗随并联 MOSFET 数量增加而增加，也随VGS(th)的增加而增大。
在明确损耗的基础上，假设散热器都是相同的壳温 Tc = 80°C，壳到结的热阻统一为 RthJH = 1.5K/W，那么可以估算出所有并联 MOS 的结温。
统一按照如下工况，依然是前述的半桥电路和损耗：
• fPWM = 10 kHz
• 占空比 = 50%
• RthJH = 1.5 K/W
• Ths = 80 °C
上图中，灰色表示完全均流的 MOS 结温，所有 MOS 结温相同。
假如系统允许 Tj(max) = 100°C，则输出电流将相应地受到限制：
• 在 ∆VGS(th) = 0 V 下 → IL(max)_p.NQ = 98 A
• 在 ∆VGS(th) = 0.5 V 下 → IL(max)_p.NQ = 90 A
• 在 ∆VGS(th) = 1.6 V 下 → IL(max)_p.NQ = 71 A
4 个并联 MOSFET：
• 在 ∆VGS(th) = 0 V 下 → IL(max)_p.NQ = 98 A
• 在 ∆VGS(th) = 0.5 V 下 → IL(max)_p.NQ = 86 A
• 在 ∆VGS(th) = 1.6 V 下 → IL(max)_p.NQ = 57 A
6 个并联 MOSFET：
• 在 ∆VGS(th) = 0 V 下 → IL(max)_p.NQ = 98 A
• 在 ∆VGS(th) = 0.5 V 下 → IL(max)_p.NQ = 85 A
• 在 ∆VGS(th) = 1.6 V 下 → IL(max)_p.NQ = 52 A
实际的实验中，随着结温的攀升，VGS(th)也会逐渐变化，所以需要对上述结果再进行迭代，进一步获取均流参数再次迭代计算损耗，进而估算结温。这种仿真因为计算量太大，可能导致不收敛，不在本文讨论范围内。
按照如下工况，使用SPWM调制方法来评估 MOS 损耗：
总平均损耗 (Ptot(avg)) 再次细分为开关损耗和传导损耗。
• PQ1(SW_avg) – MOSFET Q1 的平均开关损耗
• PQ1(CND_avg) – MOSFET Q1 的平均传导损耗
• PQ1(tot_avg) – MOSFET Q1 的总平均损耗（PQ1(CND_avg) 和 PQ1(SW_avg) 之和）
不同的门槛电压差异下，长时间导通的直流电流和马达交流应用的差异比较如下：
本文给出了不同工况和并联数量下，VGS(th) 不平衡对 MOS 并联的损耗，应力，结温的影响。先进的生产工艺，品质管控能力能显著提升 VGS(th) 批次一致性，更加适合并联。
参考文献：Infineon-PowerMOSFET_Paralleling_power_MOSFET_in_high_current_applications-ApplicationNotes-v02_01-EN
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