在高功率电源系统(如服务器电源、工业电源、光伏逆变、车载OBC等)中,为了满足更高的电流需求,并联多个高效率整流管成为一种常见方案。常见器件类型包括肖特基二极管、超快恢复二极管、碳化硅二极管(SiC)等。虽然并联在原理上可实现电流分担、降低功耗和提升可靠性,但在实际应用中,并联整流管的均流不良常常引发局部过热、器件失效甚至系统损坏。
MDD辰达半导体在本文将围绕整流管并联过程中常见的均流失衡问题展开,探讨其成因、仿真及测试手段,以及FAE角度下的设计优化建议。

一、整流管并联均流不良的典型表现
整流管并联均流问题,通常表现为:
某一颗管子温升远高于其它器件;
实测电流分配严重不均,个别器件承载了超过额定值的电流;
长时间工作后,部分器件先行失效,呈现击穿或短路;
系统效率不如预期,EMI异常波动。

二、导致均流不良的根本原因
并联整流管的电流不均,源于多个器件之间静态参数与动态行为差异。主要原因如下:
1. 正向压降 (VF) 差异
整流管导通时的VF有一定分布。VF较低的管子优先生效,承载更多电流,发热也更严重。高温进一步降低其VF,形成正反馈,最终造成热失控。
2. 热阻(RθJC/RθJA)不一致
由于散热铜箔面积、热过孔数量、封装差异不同,导致实际工作温度不同,影响VF与漏电流,进一步加剧不均流。
3. 寄生参数不对称
PCB走线、电感、电阻的微小差异都会影响各器件的动态响应,例如导通/关断顺序,影响电流分配。
4. 批次或封装差异
即便选用相同型号的整流管,不同批次或封装(如TO-220 vs DPAK)之间的VF-T特性曲线也有差异,影响其在热态下的导通能力。

三、均流问题的实测验证方法
作为FAE,建议在并联方案验证阶段进行以下测试:
红外热成像:直观判断哪个器件温升过高,确认是否存在过热失配;
示波器测电流波形:在整流管回路串入小电阻(如10mΩ)并用差分探头测电压,估算各通道电流;
温漂分析:测试不同温度下每个整流管的VF和IR变化趋势,评估热失控风险;
开关同步分析:确认并联整流管在高频切换中是否存在响应不一致。

四、FAE实战中的优化建议
1. 增加均流电阻
在每颗整流管串联一颗小阻值电阻(通常为5~20mΩ),用于主动分担偏差,强制均流。此方法简单可靠,尤其适合肖特基并联应用。
2. 选用匹配VF的器件
尽量使用同一批次、同一封装型号的器件;部分高端整流管厂商支持“选型分档”,可提前筛选VF匹配度更高的器件。
3. 对称布局与散热优化
对称走线,确保寄生电感与阻抗一致;
增加铜箔和过孔均衡各器件散热路径;
使并联器件贴近摆放,共享散热片或铜皮。
4. 使用热耦合封装或模块化器件
有条件的应用中,可以采用**多管共封的模块(如双并肖特基封装)**或封装内热耦合器件,天然具备更好的均流性。
5. SiC整流管并联更需注意
碳化硅二极管虽具备高耐压、高温优势,但VF通常较高,且器件之间VF差异更敏感,并联均流设计时需更小阻值的均流电阻与精细热平衡。

五、真实案例分享
某客户在设计1.5kW服务器电源PFC整流输出时,采用4颗40A肖特基二极管并联方案,初期仅以铜箔并联,未做均流电阻,结果发现1颗整流管短时间内温升达130°C,而其他仅为80°C。
调整方案后,每颗管子串联10mΩ厚膜电阻,并增加风冷散热通道,热成像测得各颗器件温差控制在±5°C以内,问题顺利解决,整机效率也提升约0.6%。


整流管并联设计是提升系统容量与可靠性的有效手段,但“并联≠平均”,必须结合器件特性、电路布局和热管理策略,合理进行均流设计。作为MDD辰达半导体的FAE在协助客户设计和选型时,应重视器件的一致性、热耦合、走线对称性及必要的均流保护电阻,并结合实际测试手段验证均流效果。只有在设计-验证-优化形成闭环后,整流管并联方案才能真正稳定可靠地运行。