本帖最后由 火星国务卿 于 2021-3-26 09:45 编辑
#申请原创# 功率MOS在使用过程中是否能够安全持续的工作，是设计者必须要考虑的问题，设计者在应用MOS时，必须考虑MOS的SOA区间，我们知道开关电源中的MOS长期工作在高电流高电压下，很容易出现过热烧毁的情况，如果散热不及时的话，很容易发生爆炸。 那什么是MOS的安全工作区域呢？我们称为SOA （Safe operating area）由一系列限制条件组成的一个漏源极电压VDS和漏极电流ID的二维坐标图，开关器件正常工作时的电压和电流都不应该超过该限定范围。结合功率MOSFET的耐压、电流特性和热阻特性，来理解功率MOSFET的安全工作区SOA曲线。它定义了最大的漏源极电压值、漏极电流值，以保证器件在正向偏置时安全的工作。 如下图，SOA曲线左上方的边界斜线，受漏源极的导通电阻RDS（ON）限制；SOA曲线右边垂直的边界，是最大的漏源极电压BVDSS；SOA曲线最上面水平线，由最大的脉冲漏极电流IDM的限制，右上方平行的一组斜线，是不同的单脉冲宽度下的最大漏源极电流。
①蓝色：在VDS电压比较小时，ID通过的电流大小主要由MOS管的RSDS（on）来进行限制。在该区域内，当VGS电压与环境温度条件不变时时，我们近似把RDSON看似一个定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。 ②黄色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全区域主要由MOS的热阻相关也就是耗散功率来进行限制，而DC曲线则表示当流过电流为连续的直流电流时，MOSFET可以耐受的电流能力。其它标示着时间的曲线则表示MOSFET可以耐受的单个脉冲电流（宽度为标示时间）的能力。单次脉冲是指单个非重复(单个周期)脉冲，单脉冲测试的是管子瞬间耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，从这部分曲线来看，时间越短，可以承受的瞬间耗散功率就越大。 ③红色：MOS管所能承受的最大脉冲漏级电流，也是对最大耗散功率进行了限制。 ④绿色：MOS管所能承受的VDS最大电压，如果VDS电压过高，PN结会发生反偏雪崩击穿，造成MOS管损坏。 在实际的应用中，必须确保MOS管工作在SOA区域以内，超出限制区域会造成电子元器件的损坏，不仅要考虑正常工作状态下的功率能不能满足设计要求，还要特别考虑容性负载的情况下，开关接通瞬间会有一个大电流存在，这个时候就要考虑MOS的抗脉冲电流参数了。 以上图中的SOA安全区域是在一定的特定条件下的要求，在实际的应用中，环境温度会发生变化，也就是MOS的TJ温度发生变化，安全区域也会随之发生变化，所以在实际的应用中一定要考虑对SOA区域进行降额使用，保证MOS完全工作在合理的安全的工作区间内。 如下图所示：在温度升高之后，MOS所能承受的功率一定会被降额，当温度升高到100摄氏度的时候，功率降低为原来的50%左右。同样，RDSON 以及VDS最高电压，ID max电流全部受到温度的影响。
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