Transistoren parallel

Dies ist tatsächlich eine sehr verbreitete Technik, sowohl mit BJTs (traditionelle Transistoren wie oben gezeichnet) als auch mit MOSFETs. Bei BJTs müssen Sie sich nicht um separate getrimmte Basiswiderstände kümmern, sondern lediglich Stromteilungswiderstände oder manchmal auch als Ballastwiderstände bezeichnete hinzufügen . Schauen Sie sich zum Beispiel diese Seite an, die erste, die ich bei Google gefunden habe und die dieses Design erklärt:

http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_4/16.html

Wenn Sie MOSFETs verwenden, benötigen Sie die Stromaufteilungswiderstände überhaupt nicht, sie können einfach "out of the box" parallel geschaltet werden. MOSFETs haben eine negative Rückkopplung „eingebaut“: Wenn ein MOSFET einen größeren Anteil des Stroms erhält, wird er heißer, was wiederum seinen Widerstand erhöht und die Menge des durch ihn fließenden Stroms verringert. Aus diesem Grund werden MOSFETs normalerweise für Anwendungen bevorzugt, bei denen mehrere parallel geschaltete Transistoren erforderlich sind. BJTs lassen sich jedoch einfacher in Stromquellen einbauen, da sie eine ziemlich konstante Stromverstärkung aufweisen.

Für eine Anwendung, bei der Sie Transistoren parallel schalten und den Strom linear steuern müssen (die Transistoren nicht vollständig ein- und ausschalten), sind BJTs die beste Wahl. Wie Olin Lathrop sagt, muss die Schaltung Widerstände in Reihe mit den BJT-Emittern haben, um den Stromausgleich zu unterstützen.

Hier ist eine Startbeispielschaltung, um die Platzierung des Emitterwiderstands zu zeigen.

Re1 und Re2 helfen dabei, den Strom zwischen BJTs auszugleichen. Das Problem ist, dass Vbe einen Temperaturkoeffizienten hat ($\gamma$) von etwa -1,6 mV/C. Wenn sich die Teile erwärmen, verringert sich Vbe, wodurch mehr Basisansteuerung für den Transistor vom festen Wert von Vc ermöglicht wird. Mit einem Modell erster Ordnung der Änderung von Vbe mit der Temperatur lautet eine einfache Gleichung für den Strom in Re1:

IRe1 =$\frac{(\beta +1) (\text{Vc}-\text{Vbeo} (1-\gamma \text{$\Delta $T1}))}{\text{Rb1}+\text{Re1} (\beta +1)}$

Natürlich$\beta$wird auch mit der Temperatur variieren, aber das sollte viel weniger wichtig sein.

Eine sorgfältige Auswahl von Re1 und Rb1 würde es ermöglichen, die thermische Wirkung auf den Strom zu reduzieren. Wir reden hier über 20%-Zahlen. Zum Beispiel, wenn Vc = 2 V, Vbeo = 0,7 V,$\beta$=50, Rb1=10 Ohm, Re1=1 Ohm und$\text{$\Delta $T1}$um 100 °C gegenüber Umgebungstemperatur erhöht; Strom durch Re1 sollte ungefähr so ​​aussehen:

Bei Re1 von 1 Ohm gibt es also eine Änderung von etwa 10 % bei 100 Grad Temperaturanstieg. Die Emitterwiderstände in diesem Beispiel würden bis zu etwa 1,5 W enthalten. Niedrigere Werte könnten verwendet werden, aber dann wäre die Variation größer. Der Betrieb von Q1 und Q2 wäre größtenteils unabhängig, mit Ausnahme von Vc und der Spannung über Rload.

Um den Strom wirklich zu steuern, wäre jedoch eine Rückkopplungsschleife erforderlich, um Vc zu regulieren. Und um wirklich zu bewirken, dass der Strom in jedem Transistor übereinstimmt, wäre eine Rückkopplungsschleife für jeden Transistor erforderlich.

Versuchen Sie dies nicht mit MOSFETS. Erwarten Sie zumindest nicht, dass MOSFETs den Strom auf magische Weise teilen.

Während MOSFETs sehr gut für die Parallelschaltung im Schaltbetrieb geeignet sind, werden sie im linearen Betrieb keinen Strom teilen. Dies liegt daran, dass die Gate-Source-Schwellenspannung ($V_{\text{th}}$) hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Wenn die Gerätetemperatur steigt,$V_{\text{th}}$wird weniger, je wärmer der Part, desto früher beginnt er zu dirigieren (Micro Semi hat dazu eine App-Notiz ). Hier ist ein Diagramm der Übertragungskennlinie zur Veranschaulichung.

Sie können sehen, wie$V_{\text{th}}$niedriger als$T_j$erhebt sich. Dies bedeutet auch, dass für niedrige Drain-Ströme (ca. 5 Ampere oder so in der Tabelle) die Transkonduktanz ($g_f$) wird für den heißeren Teil effektiv höher sein. Parallele Geräte beginnen den Strom nicht zu teilen, bis der in der Tabelle gezeigte Übergangspunkt bei etwa 15 Ampere überschritten ist. Es ist ungewöhnlich, dass FETs, die im linearen Modus arbeiten, jemals den Crossover-Punkt erreichen.

Dies ist sogar innerhalb eines einzelnen MOSFET ein Problem. Hotspots auf einem MOSFET-Chip sind ein wohlbekanntes Phänomen. Wenn Sie die Oberseite eines MOSFET öffnen und ein Mikroskop hochziehen, sehen Sie Tausende von Zellen auf dem Chip, die parallele Mikro-MOSFETs sind. Jeder Mikro-FET hat seinen eigenen$V_{\text{th}}$. Also für eine feste$V_{\text{gs}}$und linearer Betrieb, die Zelle mit niedriger$V_{\text{th}}$beginnt zuerst zu leiten und erwärmt sich.$V_{\text{th}}$fallen und diese Zelle (und die um sie herum) wird mehr leiten. Es entsteht ein Hotspot. Es ist möglich, dass das Gerät auf diese Weise beschädigt wird. On-Semi behandelt dies in der App-Note AND8199 (Huttipp an Phil Frost).

Wenn die gemeinsame Nutzung zwischen Zellen auf einem Chip schlecht ist, stellen Sie sich vor, wie schlecht die gemeinsame Nutzung zwischen separaten Geräten sein wird, die nicht gut aufeinander abgestimmt sind$V_{\text{th}}$. Erinnern Sie sich, wie sich Vbe des BJT um -1,6 mV/C geändert hat? Gut$V_{\text{th}}$des FET ändert sich um etwa -3mV/C, etwa doppelt so viel wie der BJT. Daher ist das Stromungleichgewicht zwischen parallel geschalteten FETs im linearen Betrieb viel schlimmer als bei BJTs (und sie sind schlimm genug).

Um den Strom mit einem MOSFET linear zu steuern,$V_{\text{gs}}$muss durch eine Rückkopplungsschleife aktiv gesteuert werden. Hier ist ein aktuelles Beispiel dafür, was passiert, wenn der MOSFET nicht von der Rückkopplungsschleife gesteuert wird.

Das Parallelschalten von linear gesteuerten MOSFETs zur Stromteilung bedeutet, dass eine Rückkopplungsschleife für jedes Gerät vorhanden ist.

Ihre Schaltung wie gezeigt ist keine gute Idee, da nicht alle Transistoren gleich sind. Es kann von Teil zu Teil erhebliche Unterschiede in der Verstärkung geben, und die BE-Drops stimmen auch nicht genau überein. Erschwerend kommt hinzu, dass der Transistor, der am Ende den meisten Strom aufnimmt, am heißesten wird, wodurch sein BE-Abfall sinkt, wodurch er mehr Strom aufnimmt ...

Der einfachste Weg, dies bei Bipolartransistoren zu umgehen, besteht darin, mit jedem Emitter einen kleinen separaten Widerstand in Reihe zu schalten. Sie haben eine 50-Ω-Last, daher sollten 1-Ω-Emitterwiderstände in Ordnung sein. Jetzt binden Sie alle Basen Richtung zusammen.

Wenn ein Transistor mehr Strom führt als die anderen, steigt die Spannung an seinem Emitterwiderstand. Dies reduziert seine BE-Spannung relativ zu den anderen, wodurch er weniger Basisstrom erhält, was dazu führt, dass er weniger vom Gesamtausgangsstrom trägt. Die Emitterwiderstände verursachen grundsätzlich eine negative Rückkopplung, die alle Transistoren grob ausgeglichen hält.