電子工程設(shè)計(jì)者務(wù)必考慮的問題(MOS管SOA區(qū)間的分析) - 壹芯微

功率場(chǎng)效應(yīng)MOS管在使用過程中是否能夠安全持續(xù)的工作，是電子工程設(shè)計(jì)者務(wù)必考慮的問題，在應(yīng)用MOS時(shí)，必須考慮MOS的SOA區(qū)間，我們知道開關(guān)電源中的MOS長(zhǎng)期工作在高電流高電壓下，會(huì)很容易出現(xiàn)過熱燒毀的情況，如果散熱不及時(shí)的話，很容易發(fā)生爆炸。

什么是MOS的安全工作區(qū)域

一般稱之為SOA （Safe operating area）由一系列限制條件組成的一個(gè)漏源極電壓VDS和漏極電流ID的二維坐標(biāo)圖，開關(guān)器件正常工作時(shí)的電壓和電流都不應(yīng)該超過該限定范圍。結(jié)合功率MOSFET的耐壓、電流特性和熱阻特性，來(lái)理解功率MOSFET的安全工作區(qū)SOA曲線。它定義了最大的漏源極電壓值、漏極電流值，以保證器件在正向偏置時(shí)安全的工作。

如下圖，SOA曲線左上方的邊界斜線，受漏源極的導(dǎo)通電阻RDS（ON）限制；SOA曲線右邊垂直的邊界，是最大的漏源極電壓BVDSS；SOA曲線最上面水平線，由最大的脈沖漏極電流IDM的限制，右上方平行的一組斜線，是不同的單脈沖寬度下的最大漏源極電流。

①藍(lán)色：在VDS電壓比較小時(shí)，ID通過的電流大小主要由MOS管的RSDS（on）來(lái)進(jìn)行限制。在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)VGS電壓與環(huán)境溫度條件不變時(shí)時(shí)，我們近似把RDSON看似一個(gè)定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。

②黃色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全區(qū)域主要由MOS的熱阻相關(guān)也就是耗散功率來(lái)進(jìn)行限制，而DC曲線則表示當(dāng)流過電流為連續(xù)的直流電流時(shí)，MOSFET可以耐受的電流能力。其它標(biāo)示著時(shí)間的曲線則表示MOSFET可以耐受的單個(gè)脈沖電流（寬度為標(biāo)示時(shí)間）的能力。單次脈沖是指單個(gè)非重復(fù)(單個(gè)周期)脈沖，單脈沖測(cè)試的是管子瞬間耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，從這部分曲線來(lái)看，時(shí)間越短，可以承受的瞬間耗散功率就越大。

③紅色：MOS管所能承受的最大脈沖漏級(jí)電流，也是對(duì)最大耗散功率進(jìn)行了限制。

④綠色：MOS管所能承受的VDS最大電壓，如果VDS電壓過高，PN結(jié)會(huì)發(fā)生反偏雪崩擊穿，造成MOS管損壞。

在實(shí)際應(yīng)用中，務(wù)必確保MOS管工作在SOA區(qū)域以內(nèi)，超出限制區(qū)域會(huì)造成電子元器件的損壞，不單單需要考慮正常工作狀態(tài)下的功率能不能滿足設(shè)計(jì)要求，還要特別考慮容性負(fù)載的情況下，開關(guān)接通瞬間會(huì)有一個(gè)大電流存在，這個(gè)時(shí)候就要考慮MOS的抗脈沖電流參數(shù)了。

以上圖中的SOA安全區(qū)域是在一定的特定條件下的要求，在實(shí)際的應(yīng)用中，環(huán)境溫度會(huì)發(fā)生變化，也就是MOS的TJ溫度發(fā)生變化，安全區(qū)域也會(huì)隨之發(fā)生變化，所以在實(shí)際的應(yīng)用中一定要考慮對(duì)SOA區(qū)域進(jìn)行降額使用，保證MOS完全工作在合理的安全的工作區(qū)間內(nèi)。

如下圖所示：在溫度升高之后，MOS所能承受的功率一定會(huì)被降額，當(dāng)溫度升高到100攝氏度的時(shí)候，功率降低為原來(lái)的50%左右。同樣，RDSON 以及VDS最高電壓，ID max電流全部受到溫度的影響。

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