如果您想知道或擔(dān)心您的 MOSFET 在極端條件下或極端耗散情況下究竟能承受多少功率，那么您應(yīng)該查看器件的 SOA 數(shù)據(jù)。

在這篇文章中，我們將全面討論 MOSFET 數(shù)據(jù)表中顯示的安全工作區(qū)域 SOA。

以下是 MOSFET 安全工作區(qū)域 SOA 圖，通常在所有雷卯電子LEIDITECH MOSFET數(shù)據(jù)表中都可以看到。

圖中figure 8 MOSFET SOA 被描述為指定 FET 在飽和區(qū)工作時可以處理的最大功率的幅度。

SOA 圖的放大圖如下圖所示。

在上面的 SOA 圖中，我們能夠看到所有這些限制和邊界。在圖表的更深處，我們發(fā)現(xiàn)許多不同的單個脈沖持續(xù)時間的額外限制。圖中的這些線可以通過計算或物理測量來確定。

在較早和較早的數(shù)據(jù)表中，這些參數(shù)是用計算值估計的。

但是，通常建議對這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測量。如果您使用公式對它們進(jìn)行評估，您最終可能會得到比實(shí)際應(yīng)用中 FET 所能承受的實(shí)際值大得多的假設(shè)值?；蛘?，相對于 FET 實(shí)際可以處理的內(nèi)容，您可能會將參數(shù)降級（過度補(bǔ)償）到一個可能過于柔和的水平。

因此，在我們接下來的討論中，我們學(xué)習(xí)了通過真正實(shí)用的方法而不是通過公式或模擬來評估的 SOA 參數(shù)。

讓我們首先了解什么是 FET 中的飽和模式和線性模式。

參考上圖，線性模式定義為RDS(on)或FET的漏源電阻一致的區(qū)域。

這意味著，通過 FET 的電流與通過 FET 的漏源偏壓成正比。它通常也被稱為歐姆區(qū)，因?yàn)?FET 的作用本質(zhì)上類似于固定電阻器。

現(xiàn)在，如果我們開始增加 FET 的漏源偏置電壓，我們最終會發(fā)現(xiàn) FET 在稱為飽和區(qū)的區(qū)域工作。一旦 MOSFET 工作被迫進(jìn)入飽和區(qū)，通過 MOSFET 穿過漏極到源極的電流（安培）不再響應(yīng)漏極到源極偏置電壓的增加。

因此，無論您增加多少漏極電壓，該 FET 都會繼續(xù)通過它傳輸固定的最大電流水平。

控制電流的唯一方法通常是改變柵源電壓。

但是，這種情況似乎有點(diǎn)令人費(fèi)解，因?yàn)檫@些通常是您對線性和飽和區(qū)域的教科書描述。之前我們了解到，這個參數(shù)通常被稱為歐姆區(qū)域。然而，有些人實(shí)際上將其命名為線性區(qū)域。也許，心態(tài)是，嗯，這看起來像一條直線，所以它必須是線性的？

如果你注意到人們在討論熱插拔應(yīng)用程序，他們會說，好吧，我在線性區(qū)域工作。但這本質(zhì)上在技術(shù)上是不合適的。

現(xiàn)在，既然我們知道了什么是 FET 飽和區(qū)域，我們現(xiàn)在可以詳細(xì)查看我們的 SOA 圖。SOA 可以分解為 5 個單獨(dú)的限制。讓我們了解它們到底是什么。

圖中的第一條灰色線表示 FET 的 RDS(on) 限制。這是由于器件的導(dǎo)通電阻而有效限制通過 FET 的最大電流量的區(qū)域。

換言之，它表示在 MOSFET 的最大可容忍結(jié)溫下可能存在的 MOSFET 的最高導(dǎo)通電阻。

我們觀察到這條灰線具有一個正的恒定斜率，這僅僅是因?yàn)檫@條線內(nèi)的每個點(diǎn)都具有相同數(shù)量的導(dǎo)通電阻，根據(jù)歐姆定律，其中規(guī)定 R 等于 V 除以 I。

SOA 圖中的下一條限制線表示當(dāng)前限制。在圖表上方，可以看到由藍(lán)色、綠色、紫色線表示的不同脈沖值，上方水平黑線限制為 400 安培。

紅線的短水平部分表示器件的封裝限制，或 FET 的連續(xù)電流限制 (DC)，約為 200 安培。

第三個 SOA 限制是 MOSFET 的最大功率限制線，由橙色斜線表示。

正如我們注意到的那樣，這條線帶有一個恒定的斜率，但卻是一個負(fù)斜率。它是恒定的，因?yàn)檫@條 SOA 功率限制線上的每個點(diǎn)都承載相同的恒定功率，由公式 P = IV 表示。

因此，在這個 SOA 對數(shù)曲線中，這會產(chǎn)生 -1 的斜率。負(fù)號是因?yàn)榱鬟^ MOSFET 的電流隨著漏源電壓的增加而減少。

這種現(xiàn)象主要是由于 MOSFET 的負(fù)系數(shù)特性在結(jié)溫升高時會限制通過器件的電流。

接下來，在其安全工作區(qū)域內(nèi)的第四個 MOSFET 限制由黃色斜線表示，它代表熱不穩(wěn)定性限制。

正是在 SOA 的這個區(qū)域中，對于實(shí)際測量設(shè)備的運(yùn)行能力變得非常重要。這是因?yàn)闊o法通過任何適當(dāng)?shù)姆绞筋A(yù)測該熱不穩(wěn)定區(qū)域。

因此，我們實(shí)際上需要對這方面的MOSFET進(jìn)行分析，找出FET可能失效的地方，具體器件的工作能力究竟如何？

因此我們現(xiàn)在可以看到，如果我們采取這個最大功率限制，并將其一直延伸到黃線的底部，那么，我們突然發(fā)現(xiàn)了什么？

我們發(fā)現(xiàn) MOSFET 故障限制處于非常低的水平，與數(shù)據(jù)表上宣傳的最大功率限制區(qū)域（由橙色斜率表示）相比，該值要低得多。

或者假設(shè)我們碰巧過于保守，并告訴人們，嘿，黃線的底部區(qū)域?qū)嶋H上是 FET 可以處理的最大值。好吧，這個聲明我們可能是最安全的，但是我們可能已經(jīng)過度補(bǔ)償了設(shè)備的功率限制能力，這可能不合理，對吧？

這就是為什么這個熱不穩(wěn)定區(qū)域不能用公式確定或聲稱，而是必須實(shí)際測試的原因。

SOA 圖中的第五個限制區(qū)域是擊穿電壓限制，由黑色垂直線表示。這僅僅是 FET 的最大漏源電壓處理能力。

根據(jù)圖表，該設(shè)備具有 100 伏 BVDSS，這解釋了為什么這條黑色垂直線在 100 伏漏源標(biāo)記處強(qiáng)制執(zhí)行。

多研究熱不穩(wěn)定性的早期概念會很有趣。為此，我們需要概述一個稱為“溫度系數(shù)”的短語。

MOSFET 溫度系數(shù)可以定義為電流隨 MOSFET 結(jié)溫變化的變化。

Tc = ?ID / ?Tj

因此，當(dāng)我們在其數(shù)據(jù)表中檢查 MOSFET 的傳輸特性曲線時，我們發(fā)現(xiàn) FET 的漏源電流與 FET 增加的柵源電壓的關(guān)系，我們還發(fā)現(xiàn)該特性在 3不同的溫度范圍。

零溫度系數(shù) (ZTC)

如果我們查看用橙色圓圈表示的點(diǎn)，這就是我們所說的 MOSFET 的零溫度系數(shù)。

在這一點(diǎn)上，即使器件的結(jié)溫不斷升高，也不會增強(qiáng)通過 FET 的電流傳輸。

?ID / ?Tj = 0

其中ID為 MOSFET 的漏極電流， Tj代表器件的結(jié)溫

如果我們觀察這個零溫度系數(shù)（橙色圓圈）之上的區(qū)域，當(dāng)我們從負(fù)溫度 -55 攝氏度移動到 125 攝氏度時，通過 FET 的電流實(shí)際上開始下降。

?ID / ?Tj < 0

這種情況表明 MOSFET 確實(shí)變熱了，但通過器件消耗的功率卻越來越低。這意味著設(shè)備實(shí)際上不存在不穩(wěn)定的危險，并且可能允許設(shè)備過熱，并且與 BJT 不同，可能沒有熱失控情況的風(fēng)險。

然而，在零溫度系數(shù)（橙色圓圈）以下區(qū)域的電流下，我們注意到了這樣一種趨勢，即器件溫度的升高，即跨過負(fù) -55 到 125 度，導(dǎo)致電流傳輸容量為實(shí)際增加的設(shè)備。

?ID / ?Tj > 0

這是因?yàn)?MOSFET 的溫度系數(shù)在這些點(diǎn)上高于零。但是，另一方面，通過 MOSFET 的電流增加會導(dǎo)致 MOSFET 的 RDS(on)（漏源電阻）成比例地增加，并且還會導(dǎo)致器件的體溫逐漸成比例地升高，從而導(dǎo)致更大的電流通過設(shè)備傳輸。當(dāng) MOSFET 進(jìn)入正反饋環(huán)路的這個區(qū)域時，它可能會導(dǎo)致 MOSFET 行為不穩(wěn)定。

然而，沒有人能判斷上述情況是否會發(fā)生，也沒有簡單的設(shè)計來預(yù)測這種不穩(wěn)定性何時會在 MOSFET 內(nèi)部出現(xiàn)。

這是因?yàn)?MOSFET 可能涉及大量參數(shù)，具體取決于其單元密度結(jié)構(gòu)本身，或封裝的靈活性，以均勻地散發(fā)整個 MOSFET 主體的熱量。

由于這些不確定性，必須為每個特定的 MOSFET 確認(rèn)指定區(qū)域中的熱失控或任何熱不穩(wěn)定性等因素。不，MOSFET的這些屬性不能簡單地通過應(yīng)用最大功率損耗方程來猜測。

SOA 數(shù)據(jù)在器件經(jīng)常在飽和區(qū)工作的 MOSFET 應(yīng)用中非常有用。

它在熱插拔控制器應(yīng)用中也很有用，在這些應(yīng)用中，通過參考其 SOA 圖表來準(zhǔn)確了解 MOSFET 能夠承受多少功率變得至關(guān)重要。

實(shí)際上，您會發(fā)現(xiàn) MOSFET 安全工作區(qū)值往往對大多數(shù)處理電機(jī)控制、逆變器/轉(zhuǎn)換器或 SMPS 產(chǎn)品的消費(fèi)者非常有用，這些產(chǎn)品通常在極端溫度或過載條件下運(yùn)行。