CN211702006U - 一种场效应管并联电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种场效应管并联电路，包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元,一个负偏压电源和一个偏置电阻Rbias。本实用新型的并联电路通过在相同均流效果下对Rs要求降低至1/Av倍，使Rs取值大大减少,产生的热量减少，提高了电路工作的效率。同时具有优异的场效应管参数差异容忍性，即使场效应管参数相差50%也可将均流误差控制在10%以内，无需处理参数差异产生的电流不平衡问题，解决了使用传统方法需要筛选元件进行并联消耗时间与材料成本问题。

Description

一种场效应管并联电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地说是一种场效应管并联电路。

背景技术

在很多电路应用场合，单只场效应管允许的最大电流及自身散热不能满足要求时，需要将多只场效应管并联使用。

工作在开关状态（关断区和可变电阻区）的场效应管，不需要使用特殊手段处理并联引发的电流不平衡问题。因为其导通电阻Rdson与管芯温度Tj成正相关性，在栅极驱动电压Vgs不变且大于开启电压Vgsth较多情况下，导通电阻Rdson会随管芯温度Tj升高而成比例升高，由于并联电路所有元件电压相等，管电流Id即(场效应管的漏极电流Id)与并联电路支路元件电阻成反比，管电流Id与场效应管功耗Pd呈正相关；当管芯温度Tj上升时会引发下述动作：Tj↑→Rdson↑→Id↓→Pd↓→Tj↓，该动作过程为负反馈，电流会从管芯温度较高的场效应管会自动流向其他温度较低的场效应管从而降低该场效应管温度，这使得工作在开关区的场效应管可以直接并联。

工作在线性放大状态（恒流区）的场效应管，如果不做处理而使用上述工作在开关状态直接并联的方法。由于工作在线性放大区的场效应管栅极驱动电压Vgs工作在开启电压Vgsth附近，又由于开启电压Vgsth与管芯温度Tj呈负相关性。管芯温度Tj升高时，开启电压Vgsth会降低，而开启电压Vgsth的降低会导致管电流Id升高。管电流Id升高后，由于并联电路有元件电压相等，使得场效应管功耗Pd上升，管芯温度Tj进一步升高从而进一步降低开启电压Vgsth引发热失控。假定栅极驱动电压Vgs不变，当管芯温度Tj上升时会引发下述动作：Tj↑→Vgsth↓→Id↑→Pd↑→Tj↑，该动作过程为正反馈，导致更多电流向温度升高的场效应管加剧其发热将其烧毁。

现有技术中,解决工作在线性放大区的场效应管并联问题主要办法有以下三种：

方法一,如图1所示，在不使用特殊处理方法情况下直接并联,但这需要使用特性相同的场效应管，需要对场效应管进行筛选，挑选特性一致的场效应管，这会增加成本。同时将其进行足够热耦合使每只场效应管的温度尽可能相同、还需要降低每只场效应管的功率以减少结温升（因为结温升位于管壳内，热耦合不能平衡结温升）、同时需要限制数量，因为数量增加后由于空间限制就无法做到良好热耦合，即使这样也只能在一定程度抑制电流不平衡问题。因为无法做到将所有场效应管良好热耦合，更无法做到将管芯温度Tj控制到一致，因为管芯温度Tj会在管壳温度Tc基础上叠加发热功率在自身热阻产生的温升，即使管壳温度Tc相同，由于功率不同，自身热阻产生的温升不同仍不能得到相同的管芯温度Tj。同时由于散热需要将场效应管分开放置才能均匀分散热量，使得场效应管紧密安排在一起实施难度大，效果差。

方法二,如图2所示,在每只场效应管源极串联电阻Rs然后将其并联。电阻Rs两端电压Vs=Id×Rs，当管电流Id上升时，Vs会成比例增大，而场效应管得到的栅极驱动电压Vgs=Vg-Vs，即栅极驱动电压Vgs=Vg- Id×Rs，这使得管电流Id上升时栅极驱动电压Vgs会下降，降低场效应管电流Id。由于管芯温度Tj上升时会引发开启电压Vgsth下降，电阻Rs还必须保证管芯温度Tj在50℃~175℃范围，由管芯温度Tj上升引发开启电压Vgsth下降产生的正反馈，即电阻Rs只有在Rs＞△Vgsth/△Id(△Vgsth为栅极开启电压的变化量,△Id为漏极电流的变化量)数值才能产生足够负反馈，以抑制管芯温度Tj通过Vgsth路径引发的Tj-Id正反馈。由于△Vgsth较大，导致电阻Rs无法使用较小数值完成稳定电路的工作，而较大的电阻Rs会在管电流Id作用下产生较大的压降，产生很多热量，使电路工作电压升高，效率降低。

方法三,如图3所示,每只场效应管使用一只单独的运算放大器控制栅极电压，每只场效应管源极串联电阻Rs，使用各自对应的运算放大器测量电阻Rs电压与控制电压Vg相比较后，靠运算放大器控制各自场效应管栅极电压，依靠运算放大器稳定各自电流，此种方法电流控制精确，性能较好，但需要正负电源给运算放大器供电，同时需要较多元件，且不具备温度均衡的特性，电路复杂成本高，降低电路可靠性，还需要处理运算放大器上电、掉电、缺失半边电源的驱动状态不正常问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种场效应管并联电路，以解决现有技术中实施难度大、效率低和可靠性低的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种场效应管并联电路，包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元, 一个负偏压电源和一个偏置电阻Rbias；

所述场效应管基本单元的电路构成是：电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路，其一路经电阻Rg接N型场效应管MOS的栅极，其另一路接NPN双极型晶体管Q的集电极，NPN双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极，NPN双极型晶体管Q的发射极为并联节点B，N型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，N型场效应管MOS的漏极接至并联节点D；

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点；负偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

一种场效应管并联电路，包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元, 一个正偏压电源和一个偏置电阻Rbias；

所述场效应管基本单元的电路构成是: 电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路,其一路经电阻Rg接P型场效应管MOS的栅极,其另一路接PNP双极型晶体管Q的集电极, PNP双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极, PNP双极型晶管Q的发射级为并联节点B，P型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，P型场效应管MOS的漏极连接至并联节点D；

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点；正偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

本实用新型的并联电路通过在相同均流效果下对Rs要求降低至1/Av倍，Av为并联电路的电压放大倍数，使Rs取值大大减少,产生的热量减少，提高了电路工作的效率。同时具有优异的场效应管参数差异容忍性，即使场效应管参数相差50%也可将均流误差控制在10%以内，这取决于电路放大倍数Av的设定和双极型晶体管参数误差在Rs产生的压降中所占比例大小，电路放大倍数Av越高、Rs电压越高，均流误差越小，无需处理参数差异产生的电流不平衡问题。解决了使用传统方法需要筛选元件进行并联消耗时间与材料成本问题。

本实用新型电路中双极型晶体管之间进行热耦合，则进行电流均衡。若双极型晶体管与各自对应的场效应管热耦合，则进行温度均衡，具备电流均衡和温度均衡双重特性。无需使用运算放大器对场效应管进行单独电流检测控制，同样具有运算放大器控制所拥有的无需挑选场效应管特性的优点，同时可达到相同控制效果，无需处理的上电、掉电的问题。本实用新型具备可均流或均温、降低取样电阻数值、降低电路电压降和发热和高参数差异容忍性的优点。

附图说明

图1是现有技术中的场效应管并联电路的电路图。

图2是现有技术中的第二种场效应管并联电路的电路图。

图3是现有技术中的第三种场效应管并联电路的电路图。

图4是本实用新型的N型场效应管并联电路的电路图。

图5是本实用新型的P型场效应管并联电路的电路图。

具体实施方式

本实用新型针对N型场效应管MOS和P型场效应管MOS提出两种不同的并联电路。

如图4所示，针对N型场效应管MOS提出的并联电路。该电路包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元, 一个负偏压电源和一个偏置电阻Rbias。场效应管基本单元的电路是由N型场效应管MOS、NPN双极型晶体管Q、电阻Rs、电阻Rg、电阻Rc和电容Cc组成。

其中，电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路，其一路经电阻Rg接N型场效应管MOS的栅极，其另一路接NPN双极型晶体管Q的集电极，NPN双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极，NPN双极型晶体管Q的发射极为并联节点B，N型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，N型场效应管MOS的漏极接至并联节点D。

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点。负偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

如图5所示，针对P型场效应管MOS提出的并联电路。该电路包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元, 一个正偏压电源和一个偏置电阻Rbias。场效应管基本单元的电路是由P型场效应管MOS、PNP双极型晶体管Q、电阻Rs、电阻Rg、电阻Rc和电容Cc组成；

其中，电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路,其一路经电阻Rg接P型场效应管MOS的栅极,其另一路接PNP双极型晶体管Q的集电极, PNP双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极, PNP双极型晶管Q的发射级为并联节点B，P型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，P型场效应管MOS的漏极连接至并联节点D；

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点；正偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

本实用新型的并联电路的电压放大倍数Av=β*Rc/Rbe倍，其中β为双极型晶体管Q电流放大倍数，范围约50~300随温度变化而变化。Rc为双极型晶体管Q放大器负载电阻，范围约为1-10kΩ由设计取值决定。Rbe为双极型晶体管Q的基极输入交流等效电阻，数值约为1k~5kΩ随基极电流变化而变化。则放大倍数Av的范围约为10~3000。使得相同均流效果下与源极串电阻Rs后直接并联相比（图1中相比），对Rs要求降低至1/Av倍，而Av的数值约10~3000，使Rs取值大大减少,提高了电路工作的效率。在实际使用中，Rs压降在最大电流时控制在约100mV即可，同时Rs对温度系数无要求，只要每只Rs温度系数符号相同数值相近即可，这使得铜箔或引线电阻即可充当Rs。

同时，由于双极型晶体管Q的β值与温度有正相关性，当温度升高后，β会随之升高。在电路设计时将双极型晶体管Q与对应的场效应管MOS就近放置进行热耦合，当场效应管MOS的管温度Id上升时与之对应的双极型晶体管Q的β值随之上升使Av增大，使双极型晶体管Q的集电极电流Ic增大，由于Rc不变，场效应管MOS驱动电压Vgs=Vg-Ic*Rc，集电极电流Ic增加使场效应管MOS驱动电压Vgs降低，由于漏极电流Id下降，形成温度-电流负反馈，使电路具有电流与温度均衡能力。

本实用新型可用多只场效应管MOS进行并联（10只以内均流性较好，数量增多Rs走线变长，由于Rs较小，产生的误差变大），只需增加对应元件数量即可，Rs可用铜箔或引线电阻替代，降低成本。

Claims (2)

1.一种场效应管并联电路，其特征是，包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元,一个负偏压电源和一个偏置电阻Rbias；

所述场效应管基本单元的电路构成是：电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路，其一路经电阻Rg接N型场效应管MOS的栅极，其另一路接NPN双极型晶体管Q的集电极，NPN双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极，NPN双极型晶体管Q的发射极为并联节点B，N型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，N型场效应管MOS的漏极接至并联节点D；

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点；负偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

2.一种场效应管并联电路，其特征是，包括有若干呈并联态连接的场效应管基本单元,一个正偏压电源和一个偏置电阻Rbias；

所述场效应管基本单元的电路构成是：电容Cc与电阻Rc并联后，其一端接至并联节点C，另一端分为两路,其一路经电阻Rg接P型场效应管MOS的栅极,其另一路接PNP双极型晶体管Q的集电极, PNP双极型晶体管Q的基极接N型场效应管MOS的源极, PNP双极型晶管Q的发射级为并联节点B，P型场效应管MOS的源极串联电阻Rs后接至并联节点A，P型场效应管MOS的漏极连接至并联节点D；

并联节点A、并联节点B、并联节点C和并联节点D是各场效应管基本单元的对应并联节点；正偏压电源经偏置电阻Rbias接至并联节点B。

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