在高功率密度电源、电机驱动和DC-DC转换器等应用中，单个MOS管的电流能力往往无法满足设计要求。将两个或多个MOS管并联使用，是提升电流处理能力的常用技术手段。然而，简单的并联可能带来电流不均、振荡甚至器件损坏等问题。本文将深入探讨两个MOS管并联的设计要点和工程实践。

一、为什么需要并联MOS管？

并联的主要优势

1. 扩展电流能力：将额定电流较小的器件并联，获得更大的总电流处理能力

2. 降低导通损耗：总导通电阻Rds(on)等效为单个器件的并联值，显著减小

3. 改善散热分布：将热量分散到多个器件，降低单个器件的温升

4. 成本优化：有时多个小电流器件比单个大电流器件更具成本优势

5. 布局灵活性：在PCB空间受限时，可分散放置多个小封装器件

等效参数计算

当两个相同规格的MOS管并联时：

• 等效导通电阻：Rds(eq) = Rds(on)/2

• 等效电流能力：Id(total) = 2 × Id

• 等效输入电容：Ciss(total) = 2 × Ciss

• 等效栅极电荷：Qg(total) = 2 × Qg

二、并联MOS管的主要挑战

1. 静态电流不均

产生原因：

• 器件Rds(on)的差异（制造公差可达±20%）

• 导通电阻的正温度系数特性

• 连接路径电阻不一致

后果：Rds(on)较小的器件流过更大电流，导致温升更高，形成正反馈循环

2. 动态电流不均

产生原因：

• 阈值电压Vgs(th)的差异

• 栅极电荷Qg和输入电容Ciss的不匹配

• 栅极驱动路径的寄生电感差异

• 功率回路的寄生参数不一致

后果：开关速度不同步，造成某个器件承受过大的开关应力

3. 寄生振荡

产生原因：

• 并联器件间形成谐振回路

• 栅极驱动回路寄生电感和输入电容形成LC振荡

• 米勒效应耦合

后果：高频振荡导致EMI问题、栅极过压甚至器件损坏

4. 热耦合效应

• 器件间距过近导致热积累

• 局部热点加速器件老化

• 热分布不均进一步加剧电流不均

三、并联MOS管的设计要点

1. 器件选型策略

匹配性原则：

• 选用同一批次、相同规格的MOS管

• 优先选择Rds(on)温度系数为正的器件

• 关注Vgs(th)的分布范围，越小越好

• 考虑采用专门的并联匹配器件（部分厂商提供）

推荐做法：

• 从同一卷带中选取器件

• 测量关键参数进行配对

• 选择具有较强正温度系数的MOS管技术（如SJ-MOSFET）

2. 栅极驱动电路设计

独立栅极电阻：

• 每个MOS管使用独立的栅极电阻（典型值10-22Ω）

• 抑制寄生振荡，解耦各管驱动回路

• 电阻值需要根据开关速度要求优化

驱动走线：

• 采用星型连接，从驱动IC分别走线到各管栅极

• 保持各路径长度一致，减小寄生电感差异

• 栅极走线远离大电流功率回路

可选的栅极磁珠：

• 在栅极串接铁氧体磁珠（如100MHz/600Ω）

• 有效抑制高频振荡而不显著影响开关速度

3. 功率回路布局

对称布局原则：

• 漏极和源极路径必须完全对称

• 各MOS管到负载的电流路径长度相等

• 采用多层PCB，利用内层平面均流

连接技术：

• 使用铜皮或铜排作为汇流排

• 多个过孔连接各层，降低连接电阻

• 源极采用开尔文连接，分离功率和驱动回路

PCB布局示例：
对于两个并联的TO-247封装MOS管：

• 将两个管子并排排列，散热器共用

• 漏极汇流排在器件上方，源极汇流排在下方

• 驱动电路居中，到两管距离相等

4. 热管理设计

散热设计：

• 共用散热器确保热耦合

• 器件间距适当（建议＞5mm），避免热聚集

• 使用导热绝缘片时确保接触均匀

热反馈机制：

• 利用正温度系数实现自然均流

• 避免强制风冷直接吹向单个器件

• 监测各管温度，发现异常及时保护

四、实际电路设计实例

同步Buck变换器下管并联设计

以48V输入、1.2V/100A输出的同步Buck为例：

设计要求：

• 下管持续电流100A，峰值150A

• 开关频率200kHz

• 效率要求＞90%

设计方案：

1. 器件选择：4颗100V/3.5mΩ MOSFET（实际使用2颗并联）

2. 栅极驱动：独立15Ω电阻 + 1A驱动能力

3. 布局方案：双面布局，功率回路对称

4. 散热设计：共用铝散热器，导热垫片厚度0.5mm

实测效果：

• 静态电流偏差＜5%

• 开关波形同步，无振荡

• 满载温升42°C，温差＜3°C

五、常见问题与解决方案

六、结论与建议

两个MOS管并联是提升功率密度的有效手段，但需要精心设计才能发挥优势：

1. 选型是基础：选择特性一致的器件，优先考虑正温度系数

2. 布局定成败：对称布局是均流的根本保证

3. 驱动要独立：独立栅极电阻抑制振荡，星型连接确保同步

4. 热控是关键：良好的热耦合利用正温度系数实现自然均流

5. 验证不可少：通过实验测试验证静态和动态均流效果

遵循以上设计原则，两个MOS管并联可以可靠地工作，为高功率应用提供经济高效的解决方案。随着宽禁带半导体（SiC、GaN）的普及，并联技术将在更高频率、更高温度领域发挥更大作用。