芯耀
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Part 01、前言
打開(kāi)MOSFET規(guī)格書(shū)，往下拉，你會(huì)發(fā)現(xiàn)MOSFET規(guī)格書(shū)里有一個(gè)曲線叫安全工作區(qū)曲線，很多人在進(jìn)行MOSFET選型時(shí)，一般只關(guān)注前面的電氣參數(shù)，往往會(huì)忽略后面的各種特性曲線，這樣做就會(huì)忽略MOSFET選型的重要曲線。MOSFET的安全工作區(qū)英文叫Safe Operating Area，也就是SOA，是指MOSFET在特定條件下能夠安全運(yùn)行的電壓、電流和時(shí)間范圍。所以理解和正確使用SOA對(duì)于保證MOSFET可靠運(yùn)行、避免過(guò)熱或損壞非常重要。
Part 02、安全工作區(qū)的定義
SOA包括漏源電壓VDS，漏極電流ID，時(shí)間t。漏源電壓VDS，漏極電流ID很好理解，那時(shí)間怎么理解呢？這個(gè)時(shí)間是針對(duì)施加在MOSFET上的脈沖來(lái)說(shuō)的，比如施加在MOSFET上的脈沖的電壓是10V，電流是1A，持續(xù)時(shí)間1ms，也就是脈沖。
功耗P＝電流I*電壓V，所以漏源電壓VDS，漏極電流ID本質(zhì)上是在限制MOSFET的功耗。溫升=功耗P*時(shí)間t，所以時(shí)間t本質(zhì)上是在限制MOSFET的溫升。
所以SOA的本質(zhì)就是基于MOSFET的最大結(jié)溫得出的漏源電壓VDS，漏極電流ID，時(shí)間t得出的保護(hù)區(qū)域。
上面就是一個(gè)典型的SOA圖，SOA通常用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖表示，其中橫軸是漏源電壓VDS?？v軸是漏極電流ID。曲線范圍描述在特定環(huán)境溫度下MOSFET可以安全工作的區(qū)域。
典型SOA的五個(gè)限制區(qū)域：
1．最大漏極電流限制：由器件的導(dǎo)通能力決定，垂直于電流軸。
2．最大漏源電壓限制：由器件的擊穿電壓（BVDSS）決定，垂直于電壓軸。
3．脈沖工作時(shí)間限制：對(duì)于短脈沖，允許更大的功耗，脈沖時(shí)間越短，限制越寬。
Part 03、安全工作區(qū)的實(shí)例分析
1.MOSFET參數(shù)(數(shù)據(jù)手冊(cè)提供）
最大漏源電壓：VDS(max）=40V
最大漏極電流：ID(max）= 310A
結(jié)溫范圍：Tj=-55°C至150°C
2.電路實(shí)際運(yùn)行參數(shù)
MOS工作的實(shí)際最大漏源電壓VDS=30V
MOS工作的實(shí)際最大脈沖電流ID=5A
MOSFET環(huán)境溫度25℃
脈沖持續(xù)時(shí)間1ms，類(lèi)型為單次脈沖
3.分析
MOS工作的實(shí)際最大漏源電壓VDS=30V，未超過(guò)VDS(max）=40V。并且MOS工作的實(shí)際最大電流ID=5A，未超過(guò)ID(max）= 310A，脈沖時(shí)間1ms，看圖會(huì)發(fā)現(xiàn)超過(guò)了1ms的SOA區(qū)，所以MOSFET會(huì)損壞。
需要注意的是MOSFET規(guī)格書(shū)給出的SOA曲線是環(huán)境溫度25℃的曲線，如果你的產(chǎn)品環(huán)境溫度更大，就需要進(jìn)行降額處理，如何進(jìn)行降額處理呢？前面我們介紹了SOA曲線本質(zhì)就是對(duì)MOSFET溫升進(jìn)行限制，環(huán)境溫度25℃時(shí)允許的溫升是175℃-25℃=150℃，如果環(huán)境溫度變?yōu)?5℃，那允許的溫升是175℃-75℃=100℃，我們可以基于以上分析重新劃定SOA區(qū)域，100℃/150℃=2/3,我們保持I，t曲線不變，把橫坐標(biāo)VDS整體變?yōu)?5℃時(shí)VDS的2/3即可。
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