多颗MOSFET并联热分布不均的原因与对策

台懋TMC-MOS 2026-01-19 670

多颗MOSFET并联热分布不均的原因与对策

在大功率电路（如电源、电机驱动、BMS）中，MOSFET并联是提升电流承载能力的核心方案，但热分布不均是高频失效问题——个别器件过热会引发“热失控连锁反应”，最终导致整组MOSFET烧毁。其核心矛盾在于电流分配不均和散热条件差异，需从器件选型、电路设计、PCB/散热设计三个维度系统性解决。

一、多颗MOSFET并联热分布不均的核心原因

热分布不均的本质是单颗MOSFET功耗差异，而功耗差异源于电流不均和散热条件不一致，具体可分为以下5类原因：

原因分类	具体诱因	对热分布的影响机制
器件参数离散性	1. 阈值电压VGS(th)偏差大<br>2. 导通电阻RDS(on)不一致<br>3. 栅极电荷Qg差异	VGS(th)小的MOSFET优先导通，承担更多电流→功耗P=I²RDS(on)增大→温升更高；RDS(on)大的器件，相同电流下功耗更高
驱动电路不对称	1. 栅极驱动电阻Rg未独立配置<br>2. 驱动线长度不一致，寄生电感差异大<br>3. 栅极信号传输延迟不同	驱动延迟小、Rg小的MOSFET开关速度更快，导通时间更长→电流集中→过热；寄生电感大的支路，栅极电压上升慢→导通滞后→电流分配失衡
功率回路阻抗不均	1. MOSFET漏极/源极走线长度、宽度不一致<br>2. 铜皮厚度、过孔数量差异<br>3. 母排/接线端子接触电阻不同	阻抗小的支路电流更大（并联电路分流原理），导致该支路MOSFET功耗和温升远超其他支路
散热条件差异	1. 器件与散热器接触压力不均<br>2. 导热硅脂涂抹厚度不一致<br>3. PCB铜皮分布不均，部分器件散热路径长<br>4. 风道遮挡，个别器件风量不足	接触热阻大、散热路径长的MOSFET，热量无法及时散出→结温升高→RDS(on)进一步增大（正温度系数）→功耗和温升恶性循环
热耦合效应	1. MOSFET间距过小，热量相互辐射<br>2. 靠近热源（如变压器、电感）的器件受热更多	局部温度升高后，通过热传导/辐射影响周边器件，加剧热分布不均

关键机制：热失控正反馈

MOSFET的RDS(on)具有正温度系数（温度升高，RDS(on)增大），但这一特性仅在完全导通状态下起到均流作用。

• 若某颗MOSFET因电流集中先发热→RDS(on)增大→功耗进一步升高→温升加剧；

• 若驱动电压不足（VGS未达饱和值），RDS(on)正温度系数会放大电流不均，最终引发热失控。

二、针对性解决对策（从设计到落地的全流程方案）

1. 器件选型：从源头降低参数离散性

核心目标：缩小并联MOSFET的参数偏差，减少先天不均风险。

• 优先选择同批次、同档位器件：

￮要求VGS(th)偏差≤±0.2V，RDS(on)偏差≤±5%；

￮避免混用不同厂家、不同批次的MOSFET，即使型号相同，参数离散性也可能较大。

• 选择RDS(on)正温度系数更平缓的型号：

￮优先选Trench/SGT工艺MOSFET，其RDS(on)温漂特性更稳定，利于电流均流；

￮避免选用RDS(on)温漂过大的器件（如部分平面MOSFET）。

• 栅极电荷Qg匹配：

￮ Qg差异会导致开关速度不同，需确保并联器件Qg偏差≤±10%。

2. 电路设计：实现驱动与功率回路的对称均衡

（1）栅极驱动电路对称设计（核心均流手段）

设计要点	具体方案	工程化落地细节
独立栅极电阻	每颗MOSFET串联独立的栅极电阻Rg，严禁共用Rg	1. Rg取值：高频场景1020Ω，低频场景2050Ω，需一致且精度±1%<br>2. 位置：靠近MOSFET栅极引脚，缩短驱动线长度
驱动线等长布局	采用菊花链或对称星形布线，确保每颗MOSFET的栅极驱动线长度一致	1. PCB设计时，驱动线走等长蛇形线，长度偏差≤5mm<br>2. 驱动线与功率线垂直交叉，避免电磁耦合干扰
驱动能力强化	选用高速、大电流驱动IC，确保栅极电容快速充放电	1. 驱动电流计算：I_G=Qg X VGS /tr（tr为上升时间），需满足并联后总Q_g的充放电需求<br>2. 高压侧并联采用隔离驱动+自举电路，确保每路驱动电压一致
栅极电压校准	确保每颗MOSFET的VGS幅值一致，且达到饱和导通电压（10~12V）	1. 驱动IC输出端并联稳压管，箝位VGS至额定值<br>2. 避免驱动电压过低（如＜5V），否则RDS(on)离散性会被放大