一、问题现象与现场特征
某一颗MOS温度明显高于其他并联器件,热像图呈“热点”;
长时间运行后,该颗MOS首先击穿或漏电流急剧上升;
整个并联模块电流不平衡,波形畸变或效率下降;
测得的结温变化率明显偏高,存在热-电双向正反馈现象;
更换新器件后仍复现问题,说明根因不在单颗MOS,而在系统设计。
二、热分布不均的根本原因
1. 参数不一致导致电流不均
即使同型号MOS,导通电阻Rds(on)、阈值电压Vth、反向恢复特性等也存在批次差异。导通电阻略低的那颗MOS在通电后先承担更多电流,发热更多;而Rds(on)又随温度上升而增大,形成动态不平衡。长此以往,该器件结温不断上升,最先达到热失效点。
2. 布局与走线差异
PCB走线电阻或铜箔宽度稍有不同,都会影响电流分配。靠近输入端的MOS电流路径更短,流过的电流更大,功耗更高。如果散热设计未能均衡,局部器件会持续过热。
3. 散热路径不对称
在多颗MOS安装于同一散热片的情况下,若某颗器件下方导热界面(TIM)厚度不均,或散热片接触面不平整,会导致热阻增大,结温上升更快。这种热不均进一步加剧电流偏流。
4. 驱动信号不对称
并联MOS需要同步驱动。若栅极走线长度不同、驱动电阻不匹配、或信号分布不均,就会导致部分MOS导通更快或关断更慢,从而承担额外的开关应力与损耗。
5. 热-电正反馈效应
MOSFET的导通电阻随温度上升而增加,这原本有助于电流均分。但在高频、高压应用中,寄生参数和封装热阻的差异反而会使“热得更热、冷的更冷”——形成正反馈。最终,个别MOS率先过热击穿。
三、FAE诊断与分析方法
热像仪扫描:通电后测量各MOS表面温度分布,观察是否存在明显温差。
电流分流测试:在每颗MOS源极串接小电阻,监测实际电流分配。
波形对比分析:用示波器检测各MOS栅极波形,确认导通、关断同步性。
结温评估:通过红外或热模拟工具估算每颗MOS的Tj变化趋势。
这些方法可快速识别出问题集中在热路径、电流路径或驱动路径中哪一环节。
四、FAE建议与优化措施
选用参数一致性高的MOS
优先选择同一批次、同一封装型号的MOS;
对关键应用可进行分选,控制Vth与Rds(on)偏差在±5%以内。
优化PCB走线与布局
保证每颗MOS的电流路径长度和铜箔宽度一致;
对称布线、对称散热,源极与漏极回路尽量等电阻。
合理设计驱动电路
栅极电阻一致、走线等长;
对多颗并联MOS,可采用分布式驱动或缓冲电路。
强化散热均衡
确保所有器件接触散热片良好,导热界面厚度一致;
对大功率应用可考虑使用热仿真软件(如FloTHERM)优化结构。
实时温度监控与保护
加装热敏检测点,实时监控各通道温度差;
控制系统中设置过温降载或关断保护逻辑。

多颗MOS并联本意是为分摊电流、提升系统可靠性,但如果热、电、驱动设计不均衡,反而会造成个别器件过热失效,牵连整个系统。FAE在现场分析时,应综合考量电气参数、PCB布局与散热结构,确保并联MOS在动态环境下实现真正的电流均分与热平衡。只有这样,才能让功率系统既高效又可靠,避免“最热那颗MOS先倒下”的尴尬局面。