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MOS管的安全工作区SOA详解(一)限制线介绍-【MOSFET】
发布时间:2024-08-19 18:17:43 来源:江南官方体育APP下载 作者:江南app官方网站

  SOA区指的是MOSFET的安全工作区,其英文单词是Safe Operating Area。也有一些厂家叫ASO区,其英文单词是Area of Safe Opration,总之,两者是一个意思,下面我们统一称为SOA区一般MOSFET都会给出SOA这个曲线,SOA区就是指的是曲线与横纵坐标轴围成的面积区域。如下图所示,这是TI的PMOS型号CSD25404Q3的安全工作区曲线图:

  我们现在大抵知道了SOA是啥东西,那么它有什么用呢?顾名思义,SOA区——安全工作区,就是用来评估MOS管工作状态是否安全,是否有电应力损坏的风险的。只要使用的条件(电压、电流、结温等)不超出SOA圈定的区域,MOSFET必然能够按照我们想象的那样,任劳任怨的持续运行,反之,则可能烧掉。SOA图形是一个非常有用的图形,特别在一些热插拔,电机驱动,开关电源等用到开关MOS的场合。因为这些场合,MOS在开通或关断的切换过程中,瞬间功率可能是很高的,如果超过SOA区,那么就有风险。

  SOA示意图中蓝色的就是Rds(on)限制线,简单理解,就是MOS管完全导通的时候,会有导通电阻Rds(on),我们知道,此时MOS工作在欧姆区,有关系式Vds=Ids*Rds(on),在我们固定条件Vgs和温度的情况下,Rds(on)就是一个常数,所以我们会看到这条曲线是线性的。如下图是TI的PMOS管CSD25404Q3T,我们在Rds(on)限制线A),根据欧姆定律,计算得Rds(on)=8.3mΩ。我们再去翻翻规格书中的数据表,其:在VGS = –2.5 V, ID = –10 A条件下,Rds(on)典型值是10.1mΩ,最大值是12.1mΩ在VGS = –4.5 V, ID = –10 A条件下,Rds(on)典型值是5.5mΩ,最大值是6.5mΩ

  SOA推测出的Rds(on)和表格显示的参数并不完全一致,为什么会这样呢?SOA曲线展示的Rds(on)是一个常数,而数据表中呈现的是一个范围,并且与Vgs有关,可以推测出厂家给出SOA曲线时,用的Rds(on)肯定是在某一特定工作条件下的(主要是Vgs和温度)。以上就是Rds(on)限制线的说明,下面来看看电流限制线

  SOA示意图中绿色的就是等功率限制线,这是参数根据器件允许消耗的最大功率计算得出的,该功率在热平衡状态下会产生 150°C 的稳定结温 Tj,其中 Tc = 25°C。在每条曲线上,所有的点的功率(功率=电压*电流)值都一样。还是以CSD25404Q3T为例,我们看DC这条线W,而在B点,功率P=20V*2A=40W,A点和B点的功率是相等的,这条线上的所有点的功率其实都是40W。

  如上图,在固定Vds的情况下,不同的Vgs,ID的电流是不同,并且其跟温度有一定的关系,其存在正温度系数和负温度系数。啥叫正温度系数,负温度系数呢?如下图:1、当我们固定电压Vds,Vgs的电压不变2、在25℃时,IDS=IDS(A)3、这时我们将温度升高到150℃,此时对应B点,IDS会有升高,IDS=IDS(B)4、这说明温度升高,IDS电流会增大,也就是正温度系数

  现在我们知道存在正温度系数和负温度系数,那这跟热不稳定有什么关系呢?这是因为如果硅芯片上面某个区域的温度高于地方,并且其处于正温度系数区域,那么其电流也会高于地方,电流大,又会导致产生更多的热量,温度也会更高,因而变得更热,最终的结果可能就是热失控,有点类似于正反馈。还有一个问题,这个热稳定性限制线,MOS厂商是如何画出来的呢?从TI的文章里面了解到,这个限制线并非是从公式计算出来的,而是通过实测mos什么时候损坏,通过测量的方式得出来的。如下图是TI的MOS管(CSD19536KTT)测得的故障点:

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