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Wichtige Überlegungen zur Parallelschaltung von MOSFETs

Wichtige Überlegungen zur Parallelschaltung von MOSFETs

Leistungs-MOSFETs sind wohl die beliebtesten Schaltbausteine in modernen Stromversorgungslösungen. In der Regel lassen sie sich einfach einsetzen, und bei jeder nachfolgenden Generation sorgen Halbleiterhersteller für Leistungssteigerungen. Dennoch ist es in manchen Fällen nötig, zwei MOSFETs parallel zu betreiben.

Da MOSFETs im Allgemeinen keinen Thermal Runaway aufweisen (wie es bei bipolaren Bausteinen der Fall ist), vereinfacht sich damit die Parallelschaltung. Da MOSFETs spannungsgesteuert sind, benötigen sie lediglich eine stabile und gleichmäßige Spannung.

Allerdings kann es schwieriger sein „stabil und einheitlich“ zu erzielen, als es erscheinen mag. Die Platine selbst trägt zu unerwünschten (parasitären) Schaltungselementen bei, die berücksichtigt werden müssen. Auch die natürlichen Fertigungsschwankungen der MOSFETs sind zu beachten.

Einzelne Chipeigenschaften können innerhalb der Toleranzen der Datenblatt-Spezifikationen variieren. Die Schwellenspannung (Uth) ist anfällig für Abweichungen und kann zu einem Stromungleichgewicht führen. Der Einsatz von MOSFETs aus dem gleichen Produktionslos/Batch (mit übereinstimmenden Uth-Werten) wird die Stromschwankungen in jedem Baustein reduzieren.

Bei der Verwendung externer Komponenten - wie z.B. eines Gate-Widerstands (Rg) - verursachen Toleranzen ein Ungleichgewicht. Allerdings liegt das Problem nicht nur beim Bauteil – alle Leiterbahnen der Leiterplatte weisen einen gewissen Widerstands-, Induktivitäts- und Kapazitätsanteil auf. Tritt ein Unterschied in der Pfadlänge von der Spannungsquelle zu den MOSFETs auf, wird dies ebenfalls ein Ungleichgewicht erzeugen. Um dies zu verhindern, muss jede Gate-Anschluss-Leiterbahn so kurz wie möglich gehalten werden, wodurch sich Probleme bei der Widerstandsgenauigkeit  vermeiden und parasitäre Elemente verringern lassen.

Das Gleiche gilt für Strompfade. Nicht-symmetrische Leiterbahnen können aufgrund asymmetrischer Impedanzen zu unvorteilhaften Schwingungen führen. SMD-Bausteine sind eine wirksame Lösung, um die parasitäre Impedanz zu verringern – insbesondere die parasitäre Induktivität.

Schaltkreise mit parallelen MOSFETs sind eine wichtige Voraussetzung in Anwendungen wie Abwärts-(Buck)-Wandlern. Die besten Lösungen basieren auf der sorgfältigen Auswahl der MOSFETs und einem methodischen sowie ausgewogenen Ansatz beim Schaltungsdesign. Dies ist vor allem in Bezug auf die parasitären Impedanzen von Bedeutung, die in externen Widerständen und Leiterbahnen auftreten können. Die Behebung dieser Probleme kann die Umsetzung und Effektivität paralleler MOSFET-Architekturen erheblich vereinfachen.

Um mehr über wichtige Faktoren bei der Parallelschaltung von MOSFETs zu erfahren, klicken Sie hier:

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