MOS管安全工作區（SOA）分析-如何確保MOS管工作在安全區-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-05-07
mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。
電源工程師最怕什么?炸機!用著用著就壞了，莫名其妙MOS管就炸了，真是又怕又恨，可到底是哪里出問題了呢?這一切都和SOA相關。
我們知道開關電源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易燒壞的器件。開關器件長期工作于高電壓大電流狀態，承受著很大的功耗，一但過壓或過流就會導致功耗大增，晶圓結溫急劇上升，如果散熱不及時，就會導致器件損壞，甚至可能會伴隨爆炸，非常危險。這里就衍生一個概念，安全工作區。
安全工作區：SOA(Safe operating area)是由一系列(電壓，電流)坐標點形成的一個二維區域，開關器件正常工作時的電壓和電流都不會超過該區域。簡單的講，只要器件工作在SOA區域內就是安全的，超過這個區域就存在危險。
功率MOS管的安全工作區（SOA）受最大漏源電壓VDSmax ，最大漏極電流IDmax ，最大允許功耗Pmax和導通電阻Ron4個參數的限制。其中VDSmax 即為漏源擊穿電壓VBR，IDmax即為漏極飽和電流IDsat，而Pmax則由溫度及熱阻決定，可表示為：
式中：Tjmax為最高工作結溫；TC為環境溫度；Rthjc為熱阻，由散熱方式決定。當器件工作時，所產生的熱量和散熱器所散發的熱量相等，處于熱平衡態。當TC升高，散熱器的散熱效率降低，導致 P max 減小。根據上述分析可知，T升高，Ron增大，IDmax 減小，VDSmax 增大，Pmax減小。 圖3示出功率MOSFET的SOA示意圖。
由圖可見，與功率晶體管相比，功率MOSFET 雖不存在由雙極晶體管過熱引起的二次擊穿現象， SOA 相對較寬，但在高溫下，功率MOSFET的SOA縮小，允許通過的最大電流下降。所以，使用時要注意將功率 MOSFET 的漏極電流控制在SOA內，否則會導致器件失效。
開關器件的各項參數在數據手冊中都會明確標注，這里我們先來解讀兩個參數：
lVDS(Drain-source voltage)：漏源電壓標稱值，反應的是漏源極能承受的最大的電壓值;
lIDM(Drain current(pulsed))：漏源最大單脈沖電流(非重復脈沖)，反應的是漏源極可承受的單次脈沖電流強。
開關器件參數表
器件手冊一般都會提供SOA(Safe operating area)數據圖表，主要和晶圓的散熱、瞬間電壓和電流的承受能力有關，通過IDM和VDS及器件晶圓溝道損耗的限制形成一個工作區域，稱為安全工作區，如下圖所示。安全工作區可以避免管子因結溫過高而損壞。
器件手冊 SOA 曲線圖
示波器的測試應用非常簡單，使用電壓、電流探頭正常測試開關管的VDS和IDM，并打開SOA分析功能，對照數據手冊的SOA數據設置好示波器的SOA參數即可。一但波形觸碰到安全區以外的區域，就說明器件超額工作，存在危險。
1、支持連續測試，并統計通過及失敗的總數次，該模式可用于連續烤機測試。
2、支持觸碰(波形超出安全區域)停止、自動截圖、聲音提示操作。
3、安全工作區可通過電壓、電流、功率限制設定，也可自定義設定。
示波器SOA測試波形圖
開關器件的安全工作區是一項非常重要的參數，通過示波器的SOA分析功能，可以快速有效的確定器件的工作是否安全，確保產品安全可靠。
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