在并联任何开关器件之前,我们需要确定这些器件可否并联或需要特别的技术才可以并联。增强型氮化镓场效应晶体管是一种相对较新的技术,因此需要研究每个器件的特性以便了解它们可能对并联的影响,从而确定器件的并联兼容性。最显著的特性包括:
·并联器件的选择,例如是选择多个小型器件还是数量较少的大型器件?或
·器件的关键参数(如RDS(ON)或VTH)具正温度系数还是负温度系数?
并联器件的选择
氮化镓场效应晶体管配备不同的电流额定值,从四个小型器件至两个大型器件可供选择来并联。从以下的讨论可以看到,这个选择不可以掉以轻心,最好是并联最少数量的器件,尤其是应用在高效电源转换器,其时序和效率是产品设计的关键参数。
温度影响
在分析温度对并联兼容性的影响,我们需要虑这两个关键的场效应晶体管参数:RDS(ON)和VTH。要是这两个参数的差异大,并联场效应晶体管的转换器的最佳工作将受到极大的负面影响。
RDS(ON)温度系数和变化的影响
不同阻抗(RDS(ON))可导致一个开关的场效应品体管的漏极电流有所差异。最极端的情况是一个场效应晶体管承载极大的总电流负载,而另外一个场效应晶体管差不多完全没有承载总电流负载。要是这些场效应晶体管上升的温度是相同的,这是没有问题的。可是,要是负载最大总电流的场效应品体管在接近它的极限下工作,长此下去会使晶体管更快损坏,电路可以因此而失效。所以每一个开关的场效应晶体管之间最好确保平均分配电流。
一个场效应晶体管的RDS(ON)随温度而变化。在并联时,每一个场效应晶体管的RDS(ON)随温度而变的变化必须相同是非常重要的,以确保电流在所有工作温度下保持平衡。如果不是这样,场效应晶体管需要自我调控,当温度上升时,它的RDS(ON)增加,致使在高温下具更高RDS(ON)的场效应晶体管会开始承载较少电流负载。这是让器件慢慢冷却,直至所有并联器件温度达到均衡为止。氮化镓场效应晶体管的RDS(ON)具正温度系数,有助于并联器件的设计。
VTH温度系数和差异的影响
场效应晶体管在导通及关闭时,晶体管之间VTH的差异呈现为时间滞后,结果有两方面:1)可产生晶体管之间的电流,从而在共容电感引致电流感应电压;及2)导致单个器件在短时间内承载整个负荷,长远来说,可以引致器件损坏或失效。在极端情况下,这将导致错误的导通或关断触发,从而对开关造成灾难性的后果。
氮化镓场效应晶体管的阈值电压具有轻微正温度系数。如果在一个开关里所有氮化镓场效应晶体管随温度而变的VTH变化相同,这将变成不同器件VTH绝对值的差异的问题。从氮化镓场效应晶体管的VTH变化所得的时序变化分析中可以发现,与开关瞬态时间相比,VTH差异所导致的时序变化非常小。举例来说,使用8ns总栅极上升时间(从0V至5V)及两个并联器件(其中一个器件的VTH为1.4V,另一个器件的VTH为1.54V),所导致的时移仅224ps(低于总漏极-源极开关过渡时间的5%)。虽然这些时间的差异很小,设计工程师必需确定在器件之间的电感所引致的电压会否导致不期望的导通或关断。当引入栅极环路时,电压有可能过VTH。
并联氮化镓场效应晶体管所需考虑的电路部分
在设计及分析并联场效应晶体管开关时,有很多因素需要考虑,而每一个因素都可以独立影响器件的最佳性能。这个部分我们会专注以下几个方面:
·版图所引致的电路考虑因素;
·源极电感的影响;
·开关瞬态时间抗扰度的定义;
·对氮化镓场效应晶体管与 MOSFET的开关di/dt和dv/dt灵敏度作出比较;及
·并联氮化镓场效应晶体管所要求的栅极驱动器。