MOS管SOA阐发|哪些题目与MOS管SOA有关？-KIA MOS管

MOS管SOA阐发

板子上的功率mos管是不是能延续宁静任务，是设想者最担忧的题目。炸机、用着用着就坏了、稀里糊涂MOS管就炸了，工程师碰到这些真是又怕又恨，可究竟是那里出题目了呢？这统统实在都和SOA有关，下面起头详解MOS管SOA阐发。

咱们晓得开关电源中MOSFET、IGBT是最焦点也是最轻易烧坏的器件。开关器件持久任务于高电压大电流状况，蒙受着很大的功耗，一但过压或过流就会致使功耗大增，晶圆结温急剧回升，若是散热不实时，就会致使器件粉碎，乃至能够或许会陪同爆炸，很是风险。

熟习和准确利用MOS管SOA阐发情况，能够或许极大限定地进步开关器件的不变性和耽误利用寿命。

SOA（Safe operating area）是指宁静任务区，由一系列限定前提构成的一个漏源极电压VDS和漏极电流ID的二维坐标图，开关器件一般任务时的电压和电流都不应当跨越该限定规模。

图1 SOA曲线表示图

对功率半导体器件，能够或许宁静、靠得住地遏制任务的电流和电压规模，称为宁静任务区，跨越此规模的电流和电压任务时器件会产生粉碎，轻易激发电力电子装配粉碎性题目。任何功率半导体器件都须要给出宁静任务区，一方面权衡器件的机能，同时为准确利用器件和设想电路参数供给按照。

开关器件的数据手册中几近都能找到SOA的身影。

SOA相干要点

SOA的限定规模凡是由最大漏极电流ID(max)或最大漏极脉冲电流IDM、 最大漏源电压VD(MAX)、最大许可耗散功率PD(MAX)或最大脉冲耗散功率PDM、导通电阻RDS(on)配合决议的。

功率MOSFET的宁静任务区SOA曲线，凡是有4条边境构成，别离申明以下：

1、宁静任务区SOA曲线左上方的边境斜线，受功率MOSFET的导通电阻RDS(ON)限定。

图2 SOA受RDS(ON)的限定

由于在牢固的VGS电压和情况前提下，功率MOSFET的RDS(ON)是牢固的，是以这条斜线的斜率为1/R(DS(ON))。则VDS与ID对应干系以下式：

在MOSFET的数据手册中，能够或许找到RDS(ON)值的界说和规模，以下图所示：

图3 数据手册中的RDS(ON)

2、宁静任务区SOA曲线最右侧的垂直边境，是受最大的漏源极电压BVDSS的限定，即漏源击穿电压。

图4 SOA受BVDSS的限定

漏源击穿电压BVDSS限定了器件任务的最大电压规模，在功率MOSFET一般任务中，若漏极和源极之间的电压过分增高，PN结反偏产生雪崩击穿，为保证器件宁静，在关断进程及其稳态下必须蒙受的漏极和源极间最高电压应低于漏源击穿电压BVDSS。

漏源击穿电压BVDSS是功率MOSFET数据表中所标称的最小值。以下图所示：

图5 数据手册中的BVDSS

3、宁静任务区SOA曲线最下面程度线，受最大的脉冲漏极电流IDM（或持续漏极电注ID）的限定。

图6 SOA受IDM的限定

有些SOA曲线会别离标注DC和脉冲形式下的曲线，须要注重的是IDM是脉冲任务状况的最大电流，凡是最大漏极脉冲电流IDM为持续漏极电流ID的3到4倍，是以脉冲电流要远高于持续的直流电流。IDM和ID在数据手册中的界说以下：

图7 数据手册中的ID和IDM

4、宁静任务区SOA曲线右上方平行的一组斜线，是DC和差别的单脉冲宽度下功率消耗的限定。

图8 SOA受功率消耗的限定

MOS管SOA阐发，MOSFET的数据表中凡是都供给了PD值，PD值为DC直流状况下的最大消耗功率，以下图所示：

差别脉冲宽度下的最大消耗功率PDM凡是须要计较获得。

DC时的最大消耗功率PD的计较公式为：

此中Tjmax为最大结温，TC为壳温，RθJC为稳态热阻，这三个值在数据手册中都能够或许查到。

差别脉冲宽度时的脉冲耗散功率PDM的计较公式为：

此中Tjmax为最大结温，TC为壳温，ZθJC为归一化瞬态热阻系数，RθJC为稳态热阻。ZθJC能够或许在MOSFET的数据手册中的脉冲宽度与ZθJC的曲线图中查到，是以能够或许经由过程脉冲宽度来计较出PDM。

图10 脉冲宽度与归一化瞬态热阻干系图

功率MOSFET数据手册中，相干极限参数和宁静任务区SOA曲线都是基于任务温度TC =25 ℃下的计较值。

比方，一款MOS管的BVDSS为600V，但这个600V是在25℃的值，若是任务在-25℃时，则BVDSS能够或许只要550V。以下图所示：

图11 差别温度下的BVDSS

在现实的任务中，功率MOSFET的TC温度，相对不能够或许为25 ℃，凡是远远高于25 ℃，是以在现实设定和利用SOA时，必然要按照现实前提来对SOA限定前提遏制批改和降额。

比方，在差别的任务温度、差别的脉冲电流或脉冲宽度前提下，RDS(ON)的值城市差别。在功率MOSFET的数据手册中凡是都供给了温度-RDS(ON)的特点曲线图，以下图所示：

图12 温度-RDS(ON)干系图

从RDS(ON)与温度的干系曲线可见，当结温从25℃降低到110℃，导通电阻进步了一倍，温度越高，RDS(ON)所限定的宁静任务区减少，以是在现实利用中须要用特定任务情况下的导通电阻限定宁静任务区。

一样，ID(max)、VD(MAX)和PD(MAX)都须要按照现实任务的情况前提遏制降额和批改。

MOS管SOA阐发，示波器的SOA测试利用很是简略，利用电压、电流探头一般测试开关管的VDS和IDM，翻开SOA阐发功效，对照数据手册的SOA数据设置好示波器的SOA参数便可。

以22N60N这款MOSFET为例，咱们检查数据手册，持续任务形式的相干参数以下：

图13 FCP22N60N数据手册

咱们来设置示波器的SOA参数，BVDSS对应于“电压限定值”，ID对应于“电流限定值”，PD对应于“功率限定值”，RDS(ON)对应于“Rds(on)限定值”，同时设置适合的电压电流坐标规模（即电压电流最大值和最小值），参数设置界面以下图所示：

图14 参数设置界面

示波器天生的SOA模板，能够或许与MOSFET数据手册中的响应前提的SOA遏制对照，以下图所示。固然在现实利用中，仍是须要按照以后情况和任务前提对SOA限定地区前提遏制降额和批改。

图15 SOA模板与数据手册中SOA对照

宁静任务区撑持对数坐标和线性坐标显现。

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