第21讲：SiC MOSFET的并联-静态均流

通过并联SiC MOSFET功率器件，可以获得更高输出电流，满足更大功率系统的要求。本章节主要介绍了SiC MOSFET并联运行实现静态均流的基本要求和注意事项。

在SiC MOSFET功率器件并联连接的情况下，电流倾向流向V_DS(on)较小的器件，此时的电流不平衡比例称为静态电流不平衡率（或稳态电流不平衡率）。电流不平衡率可用如下公式（1）来计算，其中I_max为并联支路最大电流，I_min为并联支路最小电流，I_total为并联总电流。

影响静态电流不平衡率的主要因素有器件通态压降V_DS(on)、主回路阻抗和温度。

通态压降V_DS(on)引起的稳态电流（di/dt≈0）不均衡如图1所示。为了减小这种电流不均衡，并联器件的V_DS(on)应尽可能接近，例如采用同一批次或者特别挑选的器件。

以两个SiC MOSFET器件并联为例，其r_DS(on)分别为r₁和r₂，那么其导致的静态电流不平衡率如下式（2）所示：

并联时V_DS(on)1=V_DS(on)2，式（2）可变为：

假设通态电阻相差10%，也即r₂=1.1r₁，通过上式可以算得其静态电流不平衡率为4.8%。

实际应用中，为了满足预想的静态电流不均衡率（比如5%），可以根据式（3）反推其通态电阻差异Δr（或通态压降差异ΔV_DS(on)），然后根据出厂测试报告来挑选适合并联的器件。

主电路阻抗不仅影响静态电流均衡，也影响动态电流均衡。主电路不对称连接如图2所示，与之相对应的图3为对称布局。

图2：主回路不对称布局（ID1<ID2）

温度不仅影响静态电流均衡，也影响动态电流均衡。温度会影响SiC MOSFET的通态电阻r_DS(on)，通态电阻主要包括沟道电阻、JFET电阻和漂移层电阻。沟道电阻具有负温度特性，而JFET电阻和漂移层电阻具有正温度特性，器件整体的通态电阻在高于常温时呈现正温度特性。随着SiC MOSFET温度的升高，通态电阻增大，流过的电流减小。通态电阻的这种正温度特性会抑制并联连接的电流不平衡。

3. 并联降额

当功率模块并联时，可以使用如下公式计算降额率：

其中n为并联模块的数量，δ为静态电流不均衡率。

例如，当一个模块的额定电流值是600A，3并联，电流不平衡率δ=15%（在上述公式中δ=0.15），根据公式（4），可以得到降额率为17.4%，降额电流值=3×600A×0.174=313.2A。那么降额后的总电流值如下：3×600-313.2=1486.8A。

当电流不平衡率为15%时，并联模块数量和降额率之间的关系如图4所示：

图4：并联模块数量和降额率之间的关系（电流不平衡率为15%）

文章来源：三菱电机