MOSFET 安全工作区域 SOA是什么

如果您想知道或担心您的 MOSFET 在极端条件下或极端耗散情况下究竟能承受多少功率，那么您应该查看器件的 SOA 数据。

在这篇文章中，我们将全面讨论 MOSFET 数据表中显示的安全工作区域 SOA。

以下是 MOSFET 安全工作区域 SOA 图，通常在所有雷卯电子LEIDITECH MOSFET数据表中都可以看到。

图中figure 8 MOSFET SOA 被描述为指定 FET 在饱和区工作时可以处理的最大功率的幅度。

SOA 图的放大图如下图所示。

在上面的 SOA 图中，我们能够看到所有这些限制和边界。在图表的更深处，我们发现许多不同的单个脉冲持续时间的额外限制。图中的这些线可以通过计算或物理测量来确定。

在较早和较早的数据表中，这些参数是用计算值估计的。

但是，通常建议对这些参数进行实际测量。如果您使用公式对它们进行评估，您最终可能会得到比实际应用中 FET 所能承受的实际值大得多的假设值。或者，相对于 FET 实际可以处理的内容，您可能会将参数降级（过度补偿）到一个可能过于柔和的水平。

因此，在我们接下来的讨论中，我们学习了通过真正实用的方法而不是通过公式或模拟来评估的 SOA 参数。

让我们首先了解什么是 FET 中的饱和模式和线性模式。

参考上图，线性模式定义为RDS(on)或FET的漏源电阻一致的区域。

这意味着，通过 FET 的电流与通过 FET 的漏源偏压成正比。它通常也被称为欧姆区，因为 FET 的作用本质上类似于固定电阻器。

现在，如果我们开始增加 FET 的漏源偏置电压，我们最终会发现 FET 在称为饱和区的区域工作。一旦 MOSFET 工作被迫进入饱和区，通过 MOSFET 穿过漏极到源极的电流（安培）不再响应漏极到源极偏置电压的增加。

因此，无论您增加多少漏极电压，该 FET 都会继续通过它传输固定的最大电流水平。

控制电流的唯一方法通常是改变栅源电压。

但是，这种情况似乎有点令人费解，因为这些通常是您对线性和饱和区域的教科书描述。之前我们了解到，这个参数通常被称为欧姆区域。然而，有些人实际上将其命名为线性区域。也许，心态是，嗯，这看起来像一条直线，所以它必须是线性的？

如果你注意到人们在讨论热插拔应用程序，他们会说，好吧，我在线性区域工作。但这本质上在技术上是不合适的。

现在，既然我们知道了什么是 FET 饱和区域，我们现在可以详细查看我们的 SOA 图。SOA 可以分解为 5 个单独的限制。让我们了解它们到底是什么。

图中的第一条灰色线表示 FET 的 RDS(on) 限制。这是由于器件的导通电阻而有效限制通过 FET 的最大电流量的区域。

换言之，它表示在 MOSFET 的最大可容忍结温下可能存在的 MOSFET 的最高导通电阻。

我们观察到这条灰线具有一个正的恒定斜率，这仅仅是因为这条线内的每个点都具有相同数量的导通电阻，根据欧姆定律，其中规定 R 等于 V 除以 I。

SOA 图中的下一条限制线表示当前限制。在图表上方，可以看到由蓝色、绿色、紫色线表示的不同脉冲值，上方水平黑线限制为 400 安培。

红线的短水平部分表示器件的封装限制，或 FET 的连续电流限制 (DC)，约为 200 安培。

第三个 SOA 限制是 MOSFET 的最大功率限制线，由橙色斜线表示。

正如我们注意到的那样，这条线带有一个恒定的斜率，但却是一个负斜率。它是恒定的，因为这条 SOA 功率限制线上的每个点都承载相同的恒定功率，由公式 P = IV 表示。

因此，在这个 SOA 对数曲线中，这会产生 -1 的斜率。负号是因为流过 MOSFET 的电流随着漏源电压的增加而减少。

这种现象主要是由于 MOSFET 的负系数特性在结温升高时会限制通过器件的电流。

接下来，在其安全工作区域内的第四个 MOSFET 限制由黄色斜线表示，它代表热不稳定性限制。

正是在 SOA 的这个区域中，对于实际测量设备的运行能力变得非常重要。这是因为无法通过任何适当的方式预测该热不稳定区域。

因此，我们实际上需要对这方面的MOSFET进行分析，找出FET可能失效的地方，具体器件的工作能力究竟如何？

因此我们现在可以看到，如果我们采取这个最大功率限制，并将其一直延伸到黄线的底部，那么，我们突然发现了什么？

我们发现 MOSFET 故障限制处于非常低的水平，与数据表上宣传的最大功率限制区域（由橙色斜率表示）相比，该值要低得多。

或者假设我们碰巧过于保守，并告诉人们，嘿，黄线的底部区域实际上是 FET 可以处理的最大值。好吧，这个声明我们可能是最安全的，但是我们可能已经过度补偿了设备的功率限制能力，这可能不合理，对吧？

这就是为什么这个热不稳定区域不能用公式确定或声称，而是必须实际测试的原因。

SOA 图中的第五个限制区域是击穿电压限制，由黑色垂直线表示。这仅仅是 FET 的最大漏源电压处理能力。

根据图表，该设备具有 100 伏 BVDSS，这解释了为什么这条黑色垂直线在 100 伏漏源标记处强制执行。

多研究热不稳定性的早期概念会很有趣。为此，我们需要概述一个称为“温度系数”的短语。

MOSFET 温度系数可以定义为电流随 MOSFET 结温变化的变化。

Tc = ∂ID / ∂Tj

因此，当我们在其数据表中检查 MOSFET 的传输特性曲线时，我们发现 FET 的漏源电流与 FET 增加的栅源电压的关系，我们还发现该特性在 3不同的温度范围。

零温度系数 (ZTC)

如果我们查看用橙色圆圈表示的点，这就是我们所说的 MOSFET 的零温度系数。

在这一点上，即使器件的结温不断升高，也不会增强通过 FET 的电流传输。

∂ID / ∂Tj = 0

其中ID为 MOSFET 的漏极电流， Tj代表器件的结温

如果我们观察这个零温度系数（橙色圆圈）之上的区域，当我们从负温度 -55 摄氏度移动到 125 摄氏度时，通过 FET 的电流实际上开始下降。

∂ID / ∂Tj < 0

这种情况表明 MOSFET 确实变热了，但通过器件消耗的功率却越来越低。这意味着设备实际上不存在不稳定的危险，并且可能允许设备过热，并且与 BJT 不同，可能没有热失控情况的风险。

然而，在零温度系数（橙色圆圈）以下区域的电流下，我们注意到了这样一种趋势，即器件温度的升高，即跨过负 -55 到 125 度，导致电流传输容量为实际增加的设备。

∂ID / ∂Tj > 0

这是因为 MOSFET 的温度系数在这些点上高于零。但是，另一方面，通过 MOSFET 的电流增加会导致 MOSFET 的 RDS(on)（漏源电阻）成比例地增加，并且还会导致器件的体温逐渐成比例地升高，从而导致更大的电流通过设备传输。当 MOSFET 进入正反馈环路的这个区域时，它可能会导致 MOSFET 行为不稳定。

然而，没有人能判断上述情况是否会发生，也没有简单的设计来预测这种不稳定性何时会在 MOSFET 内部出现。

这是因为 MOSFET 可能涉及大量参数，具体取决于其单元密度结构本身，或封装的灵活性，以均匀地散发整个 MOSFET 主体的热量。

由于这些不确定性，必须为每个特定的 MOSFET 确认指定区域中的热失控或任何热不稳定性等因素。不，MOSFET的这些属性不能简单地通过应用最大功率损耗方程来猜测。

SOA 数据在器件经常在饱和区工作的 MOSFET 应用中非常有用。

它在热插拔控制器应用中也很有用，在这些应用中，通过参考其 SOA 图表来准确了解 MOSFET 能够承受多少功率变得至关重要。

实际上，您会发现 MOSFET 安全工作区值往往对大多数处理电机控制、逆变器/转换器或 SMPS 产品的消费者非常有用，这些产品通常在极端温度或过载条件下运行。