電子工程設計者務必考慮的問題(MOS管SOA區間的分析) - 壹芯微

功率場效應MOS管在使用過程中是否能夠安全持續的工作，是電子工程設計者務必考慮的問題，在應用MOS時，必須考慮MOS的SOA區間，我們知道開關電源中的MOS長期工作在高電流高電壓下，會很容易出現過熱燒毀的情況，如果散熱不及時的話，很容易發生爆炸。

什么是MOS的安全工作區域

一般稱之為SOA （Safe operating area）由一系列限制條件組成的一個漏源極電壓VDS和漏極電流ID的二維坐標圖，開關器件正常工作時的電壓和電流都不應該超過該限定范圍。結合功率MOSFET的耐壓、電流特性和熱阻特性，來理解功率MOSFET的安全工作區SOA曲線。它定義了最大的漏源極電壓值、漏極電流值，以保證器件在正向偏置時安全的工作。

如下圖，SOA曲線左上方的邊界斜線，受漏源極的導通電阻RDS（ON）限制；SOA曲線右邊垂直的邊界，是最大的漏源極電壓BVDSS；SOA曲線最上面水平線，由最大的脈沖漏極電流IDM的限制，右上方平行的一組斜線，是不同的單脈沖寬度下的最大漏源極電流。

①藍色：在VDS電壓比較小時，ID通過的電流大小主要由MOS管的RSDS（on）來進行限制。在該區域內，當VGS電壓與環境溫度條件不變時時，我們近似把RDSON看似一個定值，由此得出VDS= ID · RDS（ON）。

②黃色：在VDS升高到一定的值以后，MOS的安全區域主要由MOS的熱阻相關也就是耗散功率來進行限制，而DC曲線則表示當流過電流為連續的直流電流時，MOSFET可以耐受的電流能力。其它標示著時間的曲線則表示MOSFET可以耐受的單個脈沖電流（寬度為標示時間）的能力。單次脈沖是指單個非重復(單個周期)脈沖，單脈沖測試的是管子瞬間耐受耗散功率（雪崩能量）的能力，從這部分曲線來看，時間越短，可以承受的瞬間耗散功率就越大。

③紅色：MOS管所能承受的最大脈沖漏級電流，也是對最大耗散功率進行了限制。

④綠色：MOS管所能承受的VDS最大電壓，如果VDS電壓過高，PN結會發生反偏雪崩擊穿，造成MOS管損壞。

在實際應用中，務必確保MOS管工作在SOA區域以內，超出限制區域會造成電子元器件的損壞，不單單需要考慮正常工作狀態下的功率能不能滿足設計要求，還要特別考慮容性負載的情況下，開關接通瞬間會有一個大電流存在，這個時候就要考慮MOS的抗脈沖電流參數了。

以上圖中的SOA安全區域是在一定的特定條件下的要求，在實際的應用中，環境溫度會發生變化，也就是MOS的TJ溫度發生變化，安全區域也會隨之發生變化，所以在實際的應用中一定要考慮對SOA區域進行降額使用，保證MOS完全工作在合理的安全的工作區間內。

如下圖所示：在溫度升高之后，MOS所能承受的功率一定會被降額，當溫度升高到100攝氏度的時候，功率降低為原來的50%左右。同樣，RDSON 以及VDS最高電壓，ID max電流全部受到溫度的影響。

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