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Q: 什么是SOA？

A: MOSFET的安全工作區(qū)（SOA）是指 MOSFET 在飽和區(qū)工作時(shí)能夠承受的最大功率。

Fig1. Safe Operation Area

在上面的 SOA 圖中，我們可以看到所有這些限制和邊界。更深入地觀察圖中，我們還可以看到針對(duì)不同脈沖持續(xù)時(shí)間的額外限制 (1ms，100us，10us)。

線性區(qū)與飽和區(qū)

Fig2. MOSFET I-V Curve

開關(guān)在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)阻斷供電電壓，在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)充當(dāng)小電阻。這在 Fig2 所示的典型功率 MOSFET I-V特性中很明顯。在圖的左側(cè)，Vds 隨著 Id 的增加而線性增加，表明該器件作為電阻工作。該圖顯示，在較高的柵極電壓（Vgs）下，I-V 響應(yīng)更陡峭，這意味著導(dǎo)通狀態(tài)電阻更低。然而，在較低的 Vgs 偏置和較高的 Vds 下，I-V 響應(yīng)顯然是非線性的；

在理想情況下，隨著 Vds 的增加，Id 幾乎保持不變。這個(gè)操作區(qū)域稱為飽和操作區(qū)域。這個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常與線性區(qū)域操作混淆，線性區(qū)域操作是指 MOSFET 作為電阻工作。這種混淆通常源于 FET 在應(yīng)用中的使用方式。當(dāng)在飽和狀態(tài)下工作時(shí)，F(xiàn)ET 通常通過(guò)調(diào)制 Vgs 偏置來(lái)控制電流。

Fig3. Safe Operation Area

1.RDS(on)限制

圖中的第一條線是灰色的，表示FET的RDS(on) 限制。這是由于設(shè)備的導(dǎo)通電阻而限制通過(guò) FET 的最大電流的區(qū)域。換句話說(shuō)，它表明了在 MOSFET 的最大允許結(jié)溫下可能存在的最高導(dǎo)通電阻。

2.電流限制

SOA 圖中的下一條限制線表示電流限制。在圖中，藍(lán)色、綠色、紫色線表示不同脈沖值的限制，被最上面的黑色水平線限制在 400A。紅色的水平線部分表示電流的極限大小，一般取決于封裝的限制。

3.最大功率限制

第三條 SOA 限制是 MOSFET 的最大功率限制線，由橙色斜線表示。最大功率受到結(jié)溫的限制，過(guò)高的結(jié)溫是 MOS 燒毀的根本原因。

正如所看到的，這條線具有恒定的負(fù)斜率（-1）。表明這條 SOA 功率限制線上的每個(gè)點(diǎn)都具有相同的恒定功率，由公式 P = IV 表示。

4.熱不穩(wěn)定性限制

第四條SOA限制是熱不穩(wěn)定性限制線，由黃色斜線表示。正是在這個(gè) SOA 區(qū)域，實(shí)際測(cè)量設(shè)備的操作能力變得非常關(guān)鍵。這是因?yàn)檫@個(gè)熱不穩(wěn)定區(qū)域無(wú)法通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)預(yù)測(cè)。

因此，我們需要實(shí)際分析這個(gè)區(qū)域中的MOSFET，以找出設(shè)備可能在哪里失敗，以及特定設(shè)備的確切工作能力是什么？

現(xiàn)在我們可以看到，如果我們?nèi)∽畲蠊β氏拗疲⑵湟恢毖由斓降撞康狞S色線，那么，我們發(fā)現(xiàn)了什么？我們發(fā)現(xiàn) MOSFET 的失敗限制落在非常低的水平，這個(gè)值比數(shù)據(jù)手冊(cè)中宣傳的最大功率限制區(qū)域（由橙色斜線表示）要低得多。

或者，過(guò)于保守，以黃色線的底部區(qū)域作為設(shè)備能處理的最大值。好吧，在這個(gè)聲明上可能是最安全的，但可能過(guò)度補(bǔ)償了設(shè)備的功率限制能力，這可能不合理，對(duì)吧？這就是為什么這個(gè)熱不穩(wěn)定區(qū)域不能通過(guò)公式來(lái)確定或聲明，而必須實(shí)際測(cè)試。

如要進(jìn)一步探討熱不穩(wěn)定性的概念，有一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)，稱為“溫度系數(shù)”。溫度系數(shù)后面再寫，補(bǔ)上......

5.擊穿電壓限制

SOA 圖中的第五個(gè)限制區(qū)域是擊穿電壓限制，由黑色垂直線表示。這只是FET能夠處理的最大漏源電壓。根據(jù) Fig3，該設(shè)備具有 100V 的BVDSS，這就是為什么這個(gè)黑色垂直線在 100V 漏源標(biāo)記處被強(qiáng)制執(zhí)行。

Reference:

1.Understanding MOSFET Safe Operating Area or SOA.

2.onsemi application note AND901872/D, “Understanding Power MOSFET Saturation Operation Capability.”