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MOS管安全工作区(SOA)分析-如何确保MOS管工作在安全区-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-05-07 

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mos管,mos管的安全工作區

什麽是mos管

mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認爲是對稱的。


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電源工程師最怕什麽?炸機!用著用著就壞了,莫名其妙MOS管就炸了,真是又怕又恨,可到底是哪裏出問題了呢?這一切都和SOA相關。


我们知道开关电源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易烧坏的器件。开关器件长期工作于高电压大电流状态,承受着很大的功耗,一但过压或过流就会导致功耗大增,晶圆结温急剧上升,如果散热不及时,就会导致器件损坏,甚至可能会伴随爆炸,非常危险。这里就衍生一个概念,安全工作区。


什麽是mos管的安全工作区?

安全工作区:SOA(Safe operating area)是由一系列(电压,电流)坐标点形成的一个二维区域,开关器件正常工作时的电压和电流都不会超过该区域。简单的讲,只要器件工作在SOA区域内就是安全的,超过这个区域就存在危险。


功率MOS管的安全工作区(SOA)受最大漏源电压VDSmax ,最大漏极电流IDmax ,最大允许功耗Pmax和导通电阻Ron4个参数的限制。其中VDSmax 即为漏源击穿电压VBR,IDmax即为漏极饱和电流IDsat,而Pmax则由温度及热阻决定,可表示为:


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式中:Tjmax爲最高工作結溫;TC爲環境溫度;Rthjc爲熱阻,由散熱方式決定。當器件工作時,所産生的熱量和散熱器所散發的热量相等,处于热平衡态。当TC升高,散热器的散热效率降低,导致 P max 减小。根据上述分析可知,T升高,Ron增大,IDmax 减小,VDSmax 增大,Pmax减小。 图3示出功率MOSFET的SOA示意图。


由图可见,与功率晶体管相比,功率MOSFET 虽不存在由双极晶体管过热引起的二次击穿现象, SOA 相对较宽,但在高温下,功率MOSFET的SOA缩小,允许通过的最大电流下降。所以,使用时要注意将功率 MOSFET 的漏极电流控制在SOA内,否则会导致器件失效。


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SOA具體如何應用和測試呢?

開關器件的各項參數在數據手冊中都會明確標注,這裏我們先來解讀兩個參數:


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


lIDM(Drain current(pulsed)):漏源最大单脉冲电流(非重复脉冲),反应的是漏源极可承受的单次脉冲电流强。


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開關器件參數表


器件手册一般都会提供SOA(Safe operating area)数据图表,主要和晶圆的散热、瞬间电压和电流的承受能力有关,通过IDM和VDS及器件晶圆沟道损耗的限制形成一个工作区域,称为安全工作区,如下图所示。安全工作区可以避免管子因结温过高而损坏。


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器件手册 SOA 曲线图


示波器的測試應用非常簡單,使用電壓、電流探頭正常測試開關管的VDS和IDM,並打開SOA分析功能,對照數據手冊的SOA數據設置好示波器的SOA參數即可。一但波形觸碰到安全區以外的區域,就說明器件超額工作,存在危險。


示波器的SOA分析功能有哪些作用?

1、支持連續測試,並統計通過及失敗的總數次,該模式可用于連續烤機測試。


2、支持觸碰(波形超出安全區域)停止、自動截圖、聲音提示操作。


3、安全工作區可通過電壓、電流、功率限制設定,也可自定義設定。


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示波器SOA測試波形圖


總結

開關器件的安全工作區是一項非常重要的參數,通過示波器的SOA分析功能,可以快速有效的確定器件的工作是否安全,確保産品安全可靠。


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