mos管,mos管的安全工作區

什么是mos管

mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場(chǎng)效應晶體管，或者稱(chēng)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(gè)兩個(gè)區是一樣的，即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。

電源工程師最怕什么?炸機!用著(zhù)用著(zhù)就壞了，莫名其妙MOS管就炸了，真是又怕又恨，可到底是哪里出問(wèn)題了呢?這一切都和SOA相關(guān)。

我們知道開(kāi)關(guān)電源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易燒壞的器件。開(kāi)關(guān)器件長(cháng)期工作于高電壓大電流狀態(tài)，承受著(zhù)很大的功耗，一但過(guò)壓或過(guò)流就會(huì )導致功耗大增，晶圓結溫急劇上升，如果散熱不及時(shí)，就會(huì )導致器件損壞，甚至可能會(huì )伴隨爆炸，非常危險。這里就衍生一個(gè)概念，安全工作區。

什么是mos管的安全工作區？

安全工作區：SOA(Safe operating area)是由一系列(電壓，電流)坐標點(diǎn)形成的一個(gè)二維區域，開(kāi)關(guān)器件正常工作時(shí)的電壓和電流都不會(huì )超過(guò)該區域。簡(jiǎn)單的講，只要器件工作在SOA區域內就是安全的，超過(guò)這個(gè)區域就存在危險。

功率MOS管的安全工作區（SOA）受最大漏源電壓VDSmax ，最大漏極電流IDmax ，最大允許功耗Pmax和導通電阻Ron4個(gè)參數的限制。其中VDSmax 即為漏源擊穿電壓VBR，IDmax即為漏極飽和電流IDsat，而Pmax則由溫度及熱阻決定，可表示為：

式中：Tjmax為最高工作結溫；TC為環(huán)境溫度；Rthjc為熱阻，由散熱方式?jīng)Q定。當器件工作時(shí)，所產(chǎn)生的熱量和散熱器所散發(fā)的熱量相等，處于熱平衡態(tài)。當TC升高，散熱器的散熱效率降低，導致 P max 減小。根據上述分析可知，T升高，Ron增大，IDmax 減小，VDSmax 增大，Pmax減小。 圖3示出功率MOSFET的SOA示意圖。

由圖可見(jiàn)，與功率晶體管相比，功率MOSFET 雖不存在由雙極晶體管過(guò)熱引起的二次擊穿現象， SOA 相對較寬，但在高溫下，功率MOSFET的SOA縮小，允許通過(guò)的最大電流下降。所以，使用時(shí)要注意將功率 MOSFET 的漏極電流控制在SOA內，否則會(huì )導致器件失效。

SOA具體如何應用和測試呢？

開(kāi)關(guān)器件的各項參數在數據手冊中都會(huì )明確標注，這里我們先來(lái)解讀兩個(gè)參數：

lVDS(Drain-source voltage)：漏源電壓標稱(chēng)值，反應的是漏源極能承受的最大的電壓值;

lIDM(Drain current(pulsed))：漏源最大單脈沖電流(非重復脈沖)，反應的是漏源極可承受的單次脈沖電流強。

開(kāi)關(guān)器件參數表

器件手冊一般都會(huì )提供SOA(Safe operating area)數據圖表，主要和晶圓的散熱、瞬間電壓和電流的承受能力有關(guān)，通過(guò)IDM和VDS及器件晶圓溝道損耗的限制形成一個(gè)工作區域，稱(chēng)為安全工作區，如下圖所示。安全工作區可以避免管子因結溫過(guò)高而損壞。

器件手冊 SOA 曲線(xiàn)圖

示波器的測試應用非常簡(jiǎn)單，使用電壓、電流探頭正常測試開(kāi)關(guān)管的VDS和IDM，并打開(kāi)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(shuō)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，并統計通過(guò)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(dòng)截圖、聲音提示操作。

3、安全工作區可通過(guò)電壓、電流、功率限制設定，也可自定義設定。

示波器SOA測試波形圖

總結

開(kāi)關(guān)器件的安全工作區是一項非常重要的參數，通過(guò)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，確保產(chǎn)品安全可靠。

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