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  • MOS管SOA區間的詳細分析
    • 發布時間:2021-05-10 12:21:19
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    MOS管SOA區間的詳細分析
    功率MOS在使用過程中是否能夠安全持續的工作,是設計者必須要考慮的問題,設計者在應用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,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。
    那什么是MOS的安全工作區域呢?我們稱為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。
    MOS管SOA區間分析
    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。
    在實際的應用中,必須確保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,不僅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。
    MOS管SOA區間分析
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