十月金秋轉眼又接近尾聲了，不知從什么時候感覺時間真的不夠用，也許是年少時感覺時間很充足，身上的責任很少，無所謂時間飛快的腳步。而如今已過而立的年紀，生活和工作都不像以前想的那么簡單，所以努力與時間賽跑，希望自己能夠不負韶華。

今天我們來聊一聊“為什么功率模塊內部有門極電阻？”，這個我們在進行門極驅動設計時經常會被提醒不要忽略的參數。

01前言

模塊內部電阻Rg,int被提及最多的地方，便是在設計門極驅動時，要求我們不要忽略這個參數。

那為什么需要在模塊內部增加門極電阻呢？我們經常談及的便是，為了實現模塊內部多芯片之間的均流。

確實，為了滿足大電流的需求，模塊內部通過多芯片并聯來實現，就像系統設計中通過多模塊并聯來實現大電流等級一樣，均流一直是被重視的因素。我們可以看到，不同模塊的內部門極電阻都不太一樣，它們是和什么相關呢？接下來我們就來聊一聊。

02內部門極電阻Rg,int

作為電力電子核心的“開關”器件，動態行為的優化是模塊研發較為重要的任務之一，必須在開關損耗、電流和電壓峰值以及電磁兼容性（EMC）之間找到合理的權衡。

我們在模塊應用的過程中，各種振蕩是比較頭疼的問題，解決振蕩的過程可以說是痛并快樂著。而基本是多芯片并聯的模塊中，由于封裝的寄生電感和電容和所用半導體芯片特性，寄生振蕩同樣是多種多樣，例如自激振蕩，差模振蕩，PETT（等離子提取傳輸時間）振蕩和IMPATT（碰撞雪崩和渡越時間）振蕩等等，振蕩頻率通常在5MHz到100MHz之間，也有幾百MHz的情況。特別是在開關過程中，這些振蕩可能會惡化EMC，導致模塊出現故障，例如門極過電壓失效（如下圖）等。

考慮到各種寄生參數，內部門極電阻只能作為其中一個可確定的可變參數，從而起到調和作用。但是內部門極電阻的存在必定會占據DBC的空間，就目前可以說是“寸土寸金”的DBC上，最好是不需要添加門極電阻。

為了更好地了解它的作用，下面我們結合賽米控早前的一篇文獻“Igor Kasko,SiC MOS Power Module in Direct Pressed Die Technology and some Challenges for Implementation”來了解下。它主要是在結合DPD技術的前提下，為了模塊的裝配最好是不要在DBC存在門極電阻。

什么是DPD（Direct Pressed Die）,可以參考前段時間的文章，

在開關器件或者短路時，MOSFET工作在飽和區域，漏極電流由柵極電壓控制，根據MOSFET的跨到gfs和寄生電容Cgs、Cds、Cdg以及封裝的寄生電感來進行研究。每個MOSFET芯片可以等效為下圖，

以兩個芯片并聯為例，回路可以等效為下圖，

文獻中主要比較了傳統綁定線和DPD兩種互連技術的寄生電感差異，所以對基于6芯片并聯的相同模塊封裝，理由ANSYS Q3D對其LD,LS和LG進行了參數提取。

可以看到，采用DPD技術的寄生電感有著明顯的降低，特別是LD和LS。這里給定的電感并不是并聯芯片之間點對點連接部分的電感，而是模擬了兩個獨立封閉網絡的自感和互感，計算了三個總電感，使LD+LG是漏極和門極環路的電感，LS+LG是門極和源極環路的電感，LG是兩個環路的耦合電感。這樣在LD、LS和LG之間就不需要額外地表征額外的耦合電感。文章中采用了一種利用節點分析自動生成等效電路的系統矩陣的算法，尋找最小的Rg,int以獲得穩定行為。

首先，在固定的CDS的情況下，研究最小Rg,int和CDS/CDG的關系。

可以看出，所需最小Rg,int隨著CDS/CDG的增大而增大，并且在相同CDS/CDG的情況下，采用DPD技術的模塊每個芯片所需要的柵極電阻要低于采用綁定線的模塊（主要原因還是采用DPD的寄生電感較低）。

同時也研究了最小Rg,int和CGS和gfs的關系，

可以看出，最小必要的Rg,int隨著CGS的增加、gfs的減少和芯片數量的減少而減小。

內部門極電阻的存在方式：集成在芯片中和額外的在DBC上進行配置。

對于較小的內部門極電阻可以更容易地集成在芯片中，并且不會明顯地影響芯片性能。如果額外地在DBC上添加，首先優化和調整相對容易，但是需要占據DBC的空間，增加模塊的復雜性，降低可靠性。

03小結

今天主要聊的是平時一直接觸但很少深入了解的一個參數模塊內部門極電阻，從自激振蕩出發了解最小門極電阻Rg,int和芯片寄生電容、電感和跨導之間的關系。

最小必要的Rg,int隨著CDS/CDG的增加、CGS的增加、gfs的減少和芯片數量的減少而減小。

所以，不同的封裝，不同的芯片廠家，不同的芯片配置，導致我們在不同模塊的規格書中看到的內部柵極電阻都不盡相同。但從靈活性而言，模塊內部的柵極電阻越小，外部可調節的范圍越大，畢竟最小的門極電阻決定了最大的開關速度，從而決定了最小的開關損耗。

審核編輯：湯梓紅