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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

信息来源:本站 日期:2019-05-07 

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mos管,mos管的安全工作区

什么是mos管

mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。


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电源工程师最怕什么?炸机!用着用着就坏了,莫名其妙MOS管就炸了,真是又怕又恨,可到底是哪里出问题了呢?这一切都和SOA相关。


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。


什么是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为最高工作结温;TC为环境温度;Rthjc为热阻,由散热方式决定。当器件工作时,所产生的热量和散热器所散发的热量相等,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具体如何应用和测试呢?

开关器件的各项参数在数据手册中都会明确标注,这里我们先来解读两个参数:


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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开关器件参数表


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


示波器的测试应用非常简单,使用电压、电流探头正常测试开关管的VDS和IDM,并打开SOA分析功能,对照数据手册的SOA数据设置好示波器的SOA参数即可。一但波形触碰到安全区以外的区域,就说明器件超额工作,存在危险。


示波器的SOA分析功能有哪些作用?

1、支持连续测试,并统计通过及失败的总数次,该模式可用于连续烤机测试。


2、支持触碰(波形超出安全区域)停止、自动截图、声音提示操作。


3、安全工作区可通过电压、电流、功率限制设定,也可自定义设定。


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示波器SOA测试波形图


总结

开关器件的安全工作区是一项非常重要的参数,通过示波器的SOA分析功能,可以快速有效的确定器件的工作是否安全,确保产品安全可靠。


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