MOS管持续工作一定的时间后，都会出现炸机或是不可用，我想很多工程师都遇到这样的情况，这是为什么呢，MOS管因为哪里出现问题才会导致这样的结果呢？

在开关电源中最容易烧坏的电子元器件是MOSFET与IGBT，在高电压大电流状态长期工作中，功耗非常之大，在过压或过流过程中，晶圆结温急剧上升，散热不及时，从而导致炸机。

MOS管能能否安全的持续工作其实关键在于SOA；

SOA能否正确的使用，关联到开关的稳定性和使用寿命。

 

什么是SOA

SOA的英文全称是Safe operating area

它的意思是安全工作区（如下图），由一系列限制条件组成的一个漏源极电压VDS和漏极电流ID的二维坐标图，开关器件正常工作时的电压和电流都不应该超过该限定范围。

 

 

安全工作区是：

 

功率半导体电子元器件能够安全及可靠地进行工作的电流和电压范围。

如果超出此电流和电压范围，那么在工作时电子元器件很容易损坏，也容易引发电力电子装置破坏性问题。

 

SOA作用

1.衡量电子元器件的性能。

2.为正确使用电子元器件和设计电路参数提供依据。

 

SOA的限定范围：

 

由最大漏极电流ID(max)，最大漏极脉冲电流IDM，最大漏源电压VD(MAX)，最大允许耗散功率PD(MAX)，最大脉冲耗散功率PDM，导通电阻RDS(on)共同决定。

 

MOS管的SOA（安全工作区），有4条边界组成:

第一条：SOA（安全工作区）曲线左上方的边界斜线，受MOS管的导通电阻RDS(ON)限制（如下图）。

 

 

 

 

在固定的VGS电压和环境条件下，MOS管的RDS(ON)是固定的，因此这条斜线的斜率为1/R(DS(ON))。则VDS与ID对应关系如下表达方式：

 

在MOS管数据手册中，可以找到RDS(ON)值的定义和范围：

 

 

 

第二条：SOA（安全工作区）曲线最右边垂直边界，是受最大的漏源极电压BVDSS的限制，即漏源击穿电压（如下图）。

 

 

 

漏源击穿电压BVDSS限制电子元器件工作的最大电压范围，在MOS管正常工作中，若漏极和源极之间的电压过度增高，PN结反偏发生雪崩击穿，为保障器件安全，在关断过程及其稳态下必须承受的漏极和源极间最高电压应低于漏源击穿电压BVDSS。

 

漏源击穿电压BVDSS是MOS管数据表中所标称的最小值：

 

 

第三条：SOA（安全工作区）曲线最上面水平线，受最大的脉冲漏极电流IDM（或连续漏极电注ID）的限制。

 

 

 

有些SOA曲线会分别标注DC和脉冲模式下的曲线，需要注意的是IDM是脉冲工作状态的最大电流，通常最大漏极脉冲电流IDM为连续漏极电流ID的3到4倍，因此脉冲电流要远高于连续的直流电流。IDM和ID在数据手册中的定义如下图：

 

 

第四条：SOA（安全工作区）曲线右上方平行的一组斜线，是DC和不同的单脉冲宽度下功率损耗的限制。

 

 

 

MOS管的数据表中通常都提供了PD值，PD值为DC直流状态下的最大损耗功率（如下图）：

 

 

 

同脉冲宽度下的最大损耗功率PDM通常需要计算得到。

 

DC时的最大损耗功率PD的计算公式为：

 

 

其中Tjmax为最大结温，TC为壳温，RθJC为稳态热阻，这三个值在数据手册中都可以查到。

 

不同脉冲宽度时的脉冲耗散功率PDM的计算公式为：

 

 

其中Tjmax为最大结温，TC为壳温，ZθJC为归一化瞬态热阻系数，RθJC为稳态热阻。ZθJC可以在MOSFET的数据手册中的脉冲宽度与ZθJC的曲线图中查到，因此可以通过脉冲宽度来计算出PDM。