在电力电子领域的不断发展进程中，SiC MOSFET 模块由于其优异的性能，如高开关速度、低导通电阻等，被广泛应用于各种高功率、高频率的场合。而当多个 SiC MOSFET 模块并联使用时，能够进一步提高系统的功率容量和性能。然而，受器件参数、寄生参数等诸多因素的影响，并联使用时会出现动态电流不均的问题，这在很大程度上制约了系统性能的发挥。本章节将深入探究 SiC MOSFET 模块并联应用中的动态均流问题。
MOSFET 模块并联的动态均流，指的是在多个 MOSFET 模块并联工作的过程中，特别是在开关转换阶段（即开通和关断的瞬间），能够使各个 MOSFET 模块之间的电流实现均匀分配。
- 器件参数离散性：由于制造工艺方面难以达到完全一致，SiC MOSFET 的通态电阻 RDS (on)、阈值电压 VGS (th)、栅极电容 Ciss、Coss 等参数不可避免地存在离散性。在开关过程中，这些参数上的差异会直接导致动态电流出现不平衡的情况。例如，阈值电压较低的器件可能会更早地开通，从而导致其承载的电流比其他器件更大。
- 寄生参数影响：栅极驱动以及主回路寄生参数（像杂散电感 Ls）等因素，也会对动态电流的均衡产生显著影响。主回路中的杂散电感会在开关瞬间产生感应电动势，进而影响电流的变化速率和分配情况。
- 温度因素：局部温度差异能够通过影响 SiC MOSFET 的电气特性来干扰均流效果。一方面，温度会对 SiC MOSFET 的阈值电压 VGS (th) 造成影响，温度升高时，阈值电压 VGS (th) 会降低，这就使得高温的器件往往会率先开通。以《SiC MOSFET 的动态特性》图 1 为例，可以清晰地看到温度与阈值电压之间的这种关系。另一方面，温度还会对器件内部载流子的寿命和迁移率产生作用，从而导致不同器件之间开关时间出现差异，终影响动态过程中的电流均衡。
- 器件损耗不均衡：动态不均流问题会使得各并联 MOSFET 模块所通过的电流不一致。电流较大的器件，其通态损耗和开关损耗都会明显增加。这不仅会降低器件的效率，还会加速器件的老化。
- 降低系统可靠性：动态不均流问题会使部分器件承受较大的电流应力和热应力，这容易引发器件的故障，缩短器件的使用寿命，严重时甚至可能导致整个系统的崩溃。
- 限制系统性能提升：为了避免因动态不均流问题导致器件损坏，在电路设计时往往需要采取一些保守的措施，如降额使用、选择额定电流较大的 SiC MOSFET 模块，或者降低电路的工作频率、输出功率等。这些措施在一定程度上限制了系统性能的提升，无法充分发挥 SiC MOSFET 模块的优势，不利于实现系统的小型化、高效化设计。
- 产生电磁干扰：动态电流不均衡可能会导致电路中的电流波形出现畸变，产生高频谐波分量。这些高频谐波不仅会对周围的电子设备产生电磁干扰，还可能影响系统自身的稳定性。
在 SiC MOSFET 模块并联应用中实现动态均流，需要从多个方面进行综合考虑。以下将从器件选择、电路布局设计、驱动电路设计、散热处理等维度作简要介绍。
- 器件选择与筛选：挑选用于并联应用的 SiC MOSFET 模块时，要格外确保关键参数，如阈值电压、跨导等的一致性。这些参数的差异会直接影响模块的开关特性和电流分配情况，参数离散性越小，就越有利于实现动态均流。通常情况下，同一批次的模块电气性能比较接近，因此在选择并联的模块时，一般选用同一批次的产品。
- 电路布局设计：采用对称的电路布局是非常关键的。要使各并联模块到电源、负载以及驱动电路的路径长度和寄生参数尽可能保持一致，让每个模块的功率回路和驱动回路都具有相似的电气特性，这样可以有效减少因布局差异导致的动态均流问题。参考第 21 讲《SiC MOSFET 模块的并联 - 静态均流》中的图 2 和图 3 可以发现，经过合理调整布局布线后，流过各器件的电流能够基本保持相同。
- 驱动电路设计
- 驱动信号一致性：驱动信号的差异会导致模块的开关时间不一致，从而严重影响动态均流。可以采用一个驱动核来驱动并联的模块，并且要让每个栅极驱动回路阻抗尽可能接近，以保证各模块能够在相近的时间内完成开关动作。
- 驱动能力匹配：驱动电路的输出能力要与模块的要求相匹配。如果驱动能力不足，会导致开关速度变慢，增加开关损耗，进而影响动态均流性能。
- 独立栅极电阻：推荐每个并联模块使用独立的栅极电阻（如图 2 所示），这样可以避免栅极振荡现象的发生。独立的栅极电阻能够更好地控制每个模块的栅极电流，提高开关的稳定性。
- 抑制源极环路电流：推荐在栅极驱动的源极环路中加入一个小电阻（如 0.1 欧姆）或者铁氧体磁珠。源极环路电流会影响并联器件的瞬态栅极电压，导致开关速度不一致，进而影响动态均流。加入小电阻或铁氧体磁珠可以有效地抑制这种电流（如图 4 所示）。
图 1：集中栅极电阻
图 2：独立栅极电阻
图 3：源极环路电流
图 4：限制源极环路电流的措施
- 散热设计：必须确保各并联模块能够实现均匀散热，因为不均匀的散热会导致模块之间出现温度差异，进而影响 SiC MOSFET 的动态参数，终影响动态均流效果。可以采用合理的散热片设计、风扇布局等方式来保证散热的均匀性。
