TI 的 LM74x 系列（如 LM74502H、LM7480-Q1、LM74930-Q1 等）理想二極管ideal diode 控制器在電源反向保護(hù)、浪涌抑制和負(fù)載開關(guān)等場景中具有廣泛應(yīng)用。在需要承載大電流的設(shè)計中，常常需要將多顆功率 MOSFET 并聯(lián)，以實現(xiàn)更低的導(dǎo)通損耗與更高的熱冗余。本文將從優(yōu)勢、驅(qū)動匹配設(shè)計與關(guān)鍵注意事項三個維度系統(tǒng)梳理，為設(shè)計者提供可操作性建議。

一、并聯(lián) MOSFET 的設(shè)計優(yōu)勢

1. 更低的導(dǎo)通損耗

   MOSFET 的導(dǎo)通損耗（P = I2 × Rds(on)）與其導(dǎo)通電阻成正比。通過并聯(lián)多顆 MOSFET，可以將等效 Rds(on) 顯著降低，從而減少功率損耗。例如，兩顆相同參數(shù)的 MOSFET 并聯(lián)時，等效 Rds(on) 理論上為單顆的一半。

2. 熱均衡能力更強(qiáng)

   高電流負(fù)載中，單顆 MOSFET 發(fā)熱嚴(yán)重。并聯(lián)可以分?jǐn)偀嶝?fù)載，提升熱分布均勻性，并降低單顆器件的熱應(yīng)力。

3. 系統(tǒng)可靠性提升

   多顆器件并聯(lián)具備一定容錯能力，即使一顆 MOSFET 發(fā)生性能下降或失效，仍可維持供電路徑的部分導(dǎo)通，提升整個系統(tǒng)的冗余度。

4. 提高器件選擇靈活性

在高電流場景下，有時單顆 MOSFET 無法滿足電流規(guī)格或散熱條件。通過并聯(lián)中小規(guī)格器件，可以滿足系統(tǒng)需求。相較于尋找一顆滿足極高電流和極低 Rds(on) 的 MOSFET，多顆中等規(guī)格 MOSFET 并聯(lián)不僅更容易選型，也更利于采購與庫存管理。

二、如何評估驅(qū)動能力與 Qg 匹配關(guān)系

Ideal diode 控制器本身內(nèi)置有限的柵極驅(qū)動電流（如 LM74502H 下拉電流約 12mA），若直接驅(qū)動多顆高柵極電荷的 MOSFET，可能導(dǎo)致開通/關(guān)斷時間過長，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度與保護(hù)性能。因此，理解控制器與 MOSFET 之間的"匹配度"是選型的關(guān)鍵。

1. MOSFET 柵極電荷參數(shù)（Qg）

   Qg 是衡量 MOSFET 柵極充電需求的關(guān)鍵參數(shù)，單位為 nC（納庫侖），通常可以在 MOSFET datasheet 的 10V Vgs 條件下查得。例如：

   • IAUC120N04S6N010 的 Qg ≈ 120nC
   • IRL40SC228 的 Qg ≈ 65nC

   如果要并聯(lián) 3 顆 IAUC120N04S6N010，總 Qg 將達(dá)到 360nC。

2. 控制器驅(qū)動能力估算

   Ideal diode 控制器一般不適合頻繁高速開關(guān)（不像 Buck/Boost 控制器），但其開通時間與電壓建立速度仍會影響浪涌抑制與短路響應(yīng)。

   LM7480-Q1/LM74502H 柵極驅(qū)動的典型特征如下：

   • 柵極拉高能力：內(nèi)部 11V 電荷泵，拉高電流約 0.5mA
   • 柵極下拉能力：典型電流約 10~12mA
   • 建議最大總 Qg：< 500nC
3. 估算開通時間

   我們可以粗略估算柵極建立時間：

   t_rise ≈ Qg/I_GATE

   舉例：LM74502H 驅(qū)動兩個 Qg = 120nC 的 MOSFET，總 Qg = 240nC，若柵極電流為 0.5mA，

   t_rise ≈ 240nC/0.5mA = 480ns

   雖然 sub-μs 級別的開通時間對于反向保護(hù)場景通常是可以接受的，但當(dāng)并聯(lián)器件數(shù)進(jìn)一步上升，t_rise 會迅速增加，甚至出現(xiàn)器件"遲遲未導(dǎo)通"的現(xiàn)象。

4. 如何優(yōu)化
   • 并聯(lián)數(shù)目控制在 3~4 顆內(nèi)，保持總 Qg < 500nC
   • 盡量選用低 Qg、低 Rds(on) 的器件（非線性相關(guān)）
   • 若必須并聯(lián)多顆 MOSFET，可在控制器與 MOSFET 柵極之間增加一個低速緩沖驅(qū)動器（如 LM5111）
   • 增大柵極電阻可減少浪涌但也拉長建立時間，需權(quán)衡系統(tǒng)利弊。

三、設(shè)計注意事項與實戰(zhàn)經(jīng)驗總結(jié)

1. 柵極電阻配置

   當(dāng)多顆 MOSFET 并聯(lián)時，推薦每顆 MOSFET 串聯(lián)一個小電阻（通常 1~10Ω），避免器件間的柵極振蕩干擾或電流串?dāng)_。

   建議每顆 MOSFET 接入獨(dú)立的柵極電阻可以有效減小環(huán)流電流對其他 MOSFET 柵極的干擾。共用一個柵極電阻可能引發(fā)并聯(lián)器件開關(guān)不同步的問題。

2. 器件參數(shù)匹配性

   器件間若 Vgs(th)、Qg 差異大，可能導(dǎo)致電流集中于導(dǎo)通較快的器件，引發(fā)熱點甚至燒毀。建議：

   • 選擇同型號、同批次器件
   • PCB 熱耦合良好，避免單顆過熱
   • 可考慮使用自動電流平衡控制器，但增加成本與復(fù)雜度
3. PCB布線與電感對稱性

   即便選型和柵極控制合理，PCB 布局仍會嚴(yán)重影響電流分布。布線阻抗、銅皮寬度、過孔數(shù)量等走線不對稱因素都會讓不同 MOSFET 承載不同電流，影響并聯(lián)效果。建議：

   • 所有 MOSFET 的 Drain 和 Source 走線應(yīng)等長、等寬
   • 避免多個器件共用過長的源極回路
   • 關(guān)鍵路徑上使用銅皮和過孔進(jìn)行熱補(bǔ)強(qiáng)
4. 柵極驅(qū)動路徑穩(wěn)定性

   使用驅(qū)動線過長、過細(xì)或存在噪聲干擾會導(dǎo)致 Vgs 信號波動，推薦：

   • 柵極驅(qū)動線靠近地層布線
   • 適當(dāng)加入吸收電阻和電容過濾尖峰
   • 可并聯(lián)小電容（10~100pF）在 Vgs 與 GND 之間穩(wěn)定門極電位
5. 關(guān)斷速度對保護(hù)性能的影響

Ideal diode 控制器的主要職責(zé)是控制 MOSFET 在合適的方向?qū)ǎΨ聪螂妷夯蚶擞孔龀鲰憫?yīng)。并聯(lián) MOSFET 關(guān)斷延遲可能導(dǎo)致浪涌或反灌電流難以及時抑制，特別在瞬時電壓跌落或電源故障時表現(xiàn)明顯。若系統(tǒng)對浪涌保護(hù)響應(yīng)時間要求苛刻，應(yīng)控制總 Qg 并考慮獨(dú)立快速驅(qū)動器協(xié)助。

四、結(jié)語

Ideal diode 控制器與多顆并聯(lián) MOSFET 的組合，為高電流、高效率、寬電壓輸入的應(yīng)用提供了一種高效、安全且相對靈活的實現(xiàn)方案。它兼具反向保護(hù)、熱分?jǐn)偱c容錯能力，但前提是合理的器件匹配與結(jié)構(gòu)設(shè)計。特別是在控制器驅(qū)動能力有限的前提下，合理控制總柵極電荷，優(yōu)化開關(guān)路徑與 PCB 走線，才是實現(xiàn)可靠高效供電系統(tǒng)的關(guān)鍵。