浅谈MOSFET的SOA

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想了解一个硬件工程师是不是懂三极管和MOSFET,其中一个很好的问题是问他是否了解SOA(Safe Operating Area 安全工作区)。十年前,晶体管的规格书几乎都不会提到SOA,只有很资深的工程师会向厂家索要专门的SOA图或测试报告,但今天多为数一线厂家的规格书会明确给出SOA图。以至于很多硬件工程师不知道SOA这个概念,甚至一些有着十年研发经历的工程师都没有听过SOA。

下图是一个MOSFET的SOA图。

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Note F. These curves are based on the junction-to-case thermal impedence which is measured with the device mounted to a large heatsink, assuming a
maximum junction temperature of TJ(MAX)=175°C.

大家可以看到SOA图中有多根曲线,分别标示着RDS(on) limited、DC、10ms、1ms、100us、10us。RDS(on)曲线可以看到,当VDS电压在比较小时,由于MOSFET RDS(on)的存在而限制着流过DS的电流。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。
SOA曲线表示MOSFET的应用,必需确保其工作在SOA内,即工作点在曲线的下方。如果工作点在曲线的上方,则意味着管子可能烧坏。
同时应注意到此SOA曲线的条件是:在25度环境温度下,同时管子是安装在一个大散热器上。如果实际应用工作温度高于25度,或者管子安装的散热条件比较差的情况下,需要进一步地降额,以确保管子工作安全。

在产品设计中,经常会碰到应用在开关电路上的三极管或MOSFET烧坏的情况,其中一种应用是作电源开关时,在管子打开瞬间,由于开关后端负载为容性负载,瞬间电流非常高,如果选用的管子耐受脉冲电流的能力比较弱,则非常容易烧坏。

有兴趣进一步了解晶体管的SOA的,可以阅读来自RoHM的参考资料,这篇文章详细介绍了晶体管安全工作的选型方法、相关基础知识,以及降额的工程计算方法,相信会对大家进一步理解SOA会非常有帮助。

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