mos管,mos管的安全工作区

什么是mos管

mos管是(shi)金属(metal)、氧化(hua)物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是(shi)金属—绝缘(yuan)体(insulator)、半导体。MOS管的(de)(de)source和drain是(shi)可以对(dui)调的(de)(de)，他们都(dou)是(shi)在(zai)P型backgate中形成的(de)(de)N型区(qu)。在(zai)多数情况下(xia)，这个(ge)两个(ge)区(qu)是(shi)一样(yang)的(de)(de)，即使两端对(dui)调也(ye)不会(hui)影响器件(jian)(jian)的(de)(de)性能。这样(yang)的(de)(de)器件(jian)(jian)被认为是(shi)对(dui)称的(de)(de)。

电(dian)源工程(cheng)师最怕(pa)什么?炸机!用着用着就(jiu)坏了(le)(le)，莫名其妙MOS管就(jiu)炸了(le)(le)，真是又怕(pa)又恨，可到底是哪里出问题了(le)(le)呢(ni)?这(zhei)一切都和SOA相关。

我们知道(dao)开关(guan)电源中MOSFET、 IGBT是(shi)最(zui)核心也是(shi)最(zui)容易烧坏的器(qi)件。开关(guan)器(qi)件长期工作(zuo)于高电压大电流状态，承(cheng)受(shou)着很大的功耗，一(yi)但过(guo)(guo)压或过(guo)(guo)流就会导致功耗大增，晶(jing)圆结温急(ji)剧上升，如果(guo)散(san)热不及时(shi)，就会导致器(qi)件损坏，甚(shen)至可(ke)能会伴随(sui)爆炸，非常危险。这里就衍生一(yi)个(ge)概念，安全(quan)工作(zuo)区。

什么是mos管的安全工作区？

安全工(gong)作(zuo)区(qu)(qu)：SOA(Safe operating area)是(shi)由一(yi)系列(lie)(电压，电流)坐(zuo)标点形(xing)成的(de)(de)一(yi)个二维区(qu)(qu)域，开关器件(jian)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)时的(de)(de)电压和(he)电流都不(bu)会(hui)超(chao)(chao)过(guo)该区(qu)(qu)域。简单(dan)的(de)(de)讲，只要器件(jian)工(gong)作(zuo)在(zai)SOA区(qu)(qu)域内就是(shi)安全的(de)(de)，超(chao)(chao)过(guo)这个区(qu)(qu)域就存在(zai)危险。

功(gong)率MOS管(guan)的(de)安全工(gong)作区（SOA）受最大漏(lou)源(yuan)电(dian)压VDSmax ，最大漏(lou)极(ji)电(dian)流(liu)(liu)IDmax ，最大允许功(gong)耗(hao)Pmax和导通电(dian)阻(zu)Ron4个参数的(de)限制。其中(zhong)VDSmax 即为漏(lou)源(yuan)击穿电(dian)压VBR，IDmax即为漏(lou)极(ji)饱(bao)和电(dian)流(liu)(liu)IDsat，而Pmax则由(you)温度(du)及热阻(zu)决(jue)定(ding)，可表示(shi)为：

式(shi)中：Tjmax为最(zui)高工(gong)作结温(wen)；TC为环境温(wen)度；Rthjc为热(re)阻，由(you)散(san)热(re)方式决定。当器(qi)件(jian)工(gong)作时，所产生(sheng)的热(re)量(liang)和散(san)热(re)器(qi)所散(san)发的(de)(de)热(re)量相等，处于热(re)平衡态。当(dang)TC升(sheng)高，散(san)热(re)器的(de)(de)散(san)热(re)效(xiao)率降低，导(dao)致 P max 减小。根(gen)据上述分析可知，T升(sheng)高，Ron增(zeng)大，IDmax 减小，VDSmax 增(zeng)大，Pmax减小。 图(tu)3示(shi)出功率MOSFET的(de)(de)SOA示(shi)意图(tu)。

由图可见，与功率(lv)(lv)晶体管(guan)相比，功率(lv)(lv)MOSFET 虽不存在(zai)由双(shuang)极晶体管(guan)过热引(yin)起的(de)二次击穿现象， SOA 相对较宽，但在(zai)高温下(xia)，功率(lv)(lv)MOSFET的(de)SOA缩(suo)小，允许通过的(de)最大电(dian)流下(xia)降(jiang)。所以(yi)，使用时要注意(yi)将功率(lv)(lv) MOSFET 的(de)漏极电(dian)流控制在(zai)SOA内(nei)，否则(ze)会导致器件失效。

SOA具体如何应用和测试呢？

开关器件的各项参数在数据手(shou)册中都会明确标注(zhu)，这里(li)我(wo)们(men)先来解读两个参数：

lVDS(Drain-source voltage)：漏源电(dian)压标称值，反应的是漏源极能承(cheng)受的最大的电(dian)压值;

lIDM(Drain current(pulsed))：漏(lou)源最大(da)单(dan)脉冲(chong)电流(liu)(非重复脉冲(chong))，反应(ying)的是漏(lou)源极可承受的单(dan)次脉冲(chong)电流(liu)强。

开关器(qi)件参(can)数表

器件手册一(yi)般都会提供SOA(Safe operating area)数据图表(biao)，主(zhu)要和晶圆的散热(re)、瞬间电压和电流(liu)的承(cheng)受能力有关(guan)，通过IDM和VDS及(ji)器件晶圆沟道损(sun)耗的限制形成一(yi)个(ge)工作区(qu)域，称为安(an)全(quan)工作区(qu)，如(ru)下图所(suo)示。安(an)全(quan)工作区(qu)可以(yi)避免(mian)管子(zi)因结(jie)温(wen)过高(gao)而损(sun)坏。

器件(jian)手册(ce) SOA 曲线图(tu)

示波(bo)器的测试应(ying)用(yong)非常简单，使用(yong)电(dian)压、电(dian)流(liu)探(tan)头正常测试开(kai)关(guan)管的VDS和IDM，并(bing)打(da)开(kai)SOA分析功能，对照数(shu)(shu)据手(shou)册(ce)的SOA数(shu)(shu)据设(she)置好(hao)示波(bo)器的SOA参数(shu)(shu)即可。一但波(bo)形触碰到安全区以外(wai)的区域，就说(shuo)明器件超额工作(zuo)，存在危险。

示波器的SOA分析功能有哪些作用?

1、支持(chi)连续测(ce)试(shi)，并(bing)统计通过及失败的(de)总数次，该模式可(ke)用于(yu)连续烤(kao)机测(ce)试(shi)。

2、支(zhi)持触碰(波(bo)形超出安全区域(yu))停止(zhi)、自动截图、声音提示操作。

3、安全工(gong)作区(qu)可通过电压、电流(liu)、功率限制设定，也可自定义设定。

示(shi)波器SOA测(ce)试波形图

总结

开关器件的安全工作(zuo)区是(shi)一项非常重(zhong)要的参数，通过示波器的SOA分析功(gong)能，可以快速有效的确定(ding)器件的工作(zuo)是(shi)否安全，确保产品安全可靠(kao)。

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