SOA區(qū)指的是MOSFET的安全工作區(qū)，英文表示為Safe Operating Area，是指MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）的安全操作范圍。有時(shí)也叫ASO，Area of Safe Opration，兩者都是一個(gè)意思，但我們會(huì)統(tǒng)一為SOA區(qū)。
這個(gè)區(qū)域在MOS管的特性曲線圖中可見，它由曲線與Vds（橫軸）和Ids（縱軸）所圍成的面積所定義。一般評(píng)估電流時(shí)，就是看這條線（DC）。
在MOS管正常工作時(shí)，電壓和電流不應(yīng)超過SOA的限定范圍。這個(gè)概念的重要性體現(xiàn)在于評(píng)估MOS管的工作狀態(tài)是否安全，尤其在熱插拔、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開關(guān)電源等應(yīng)用中。
當(dāng)MOS管在開關(guān)切換時(shí)，如果瞬時(shí)功率超出SOA區(qū)域，就可能導(dǎo)致危險(xiǎn)情況發(fā)生。
SOA由五條限制線組成，包括Rds(on)限制線、電流限制線、功率限制線、熱穩(wěn)定限制線和擊穿電壓限制線。這些限制線各自表示著不同的參數(shù)和性能限制，幫助確保MOS管在安全操作范圍內(nèi)工作。
a.Rds(on)限制線
MOS管在完全導(dǎo)通時(shí)會(huì)有導(dǎo)通電阻Rds(on)，在此狀態(tài)下MOS管工作在歐姆區(qū)。
一般數(shù)據(jù)表呈現(xiàn)的值是一個(gè)范圍，與SOA推測出的Rds(on)不完全一致，而SOA曲線展現(xiàn)的是一個(gè)常數(shù)，并且曲線是線性的，一般廠家給出的SOA曲線，是指在某一特定工作條件下使用的Rds(on)，主要是以Vgs和溫度有關(guān)。
關(guān)系式：Vds=Ids*Rds(on)
b.電流限制線
通常指的是MOS管最大脈沖尖峰電流Idm，這是由器件本身的封裝決定的
c.功率限制線
該功率在熱平衡狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生150℃的穩(wěn)定結(jié)溫Tj，其中 Tc = 25°C。這是根據(jù)器件允許消耗的最大功率計(jì)算得出。
d.熱穩(wěn)定限制線
在實(shí)際工作中電壓和電流不應(yīng)超過這條線，否則可能導(dǎo)致MOS管熱不穩(wěn)定而損壞。（下文會(huì)提到熱不穩(wěn)定的詳細(xì)情況）
擊穿電壓限制線表示MOS管的耐壓，和規(guī)格書的Vds(max)對(duì)應(yīng)。
那么，熱穩(wěn)定限制線是如何發(fā)生的呢？
在固定的Vds的情況下，Vgs的電壓不變，不同的Vgs，ID電流是不同的。
例如下圖：在25℃時(shí)，IDS=IDS(A)
當(dāng)我們將溫度升到150℃時(shí)，即圖中的B點(diǎn)，此時(shí)IDS有所上升，IDS=IDS(B)。也就是說，溫度升高，IDS電流會(huì)跟著增大，即正溫度系數(shù)（形成正反饋循環(huán)），也就是紅色區(qū)域。反之，藍(lán)色區(qū)域就是負(fù)溫度系數(shù)。
在此得出，熱不穩(wěn)定和溫度有一定關(guān)系，并且分為兩種：正溫度系數(shù)&負(fù)溫度系數(shù)。
有什么關(guān)系呢？
當(dāng)硅芯片上面某塊區(qū)域的溫度高于其它地方，并且處于正溫度系數(shù)區(qū)域，那么它的電流也會(huì)高于其它地方。電流一大，又會(huì)導(dǎo)致更多熱量產(chǎn)生，溫度會(huì)變得更高，最終就導(dǎo)致了熱失控。
那么，為什么一個(gè)圖里SOA曲線有好幾條？
這是因?yàn)樗鼈兎謩e對(duì)應(yīng)了不同脈沖時(shí)間的限制，如果脈沖持續(xù)的時(shí)間越長，MOS管承受的電、熱應(yīng)力就會(huì)更大，病容易發(fā)生損壞。
因此，所持續(xù)的時(shí)間越短，它承受的電壓和電流就會(huì)越大。
最后，要如何判斷MOS管是否工作在SOA區(qū)呢？
① 通過測量MOS管的電壓和電流波形，判斷是否突破設(shè)定的極限值。
② 使用示波器的乘積功能，獲取脈沖信號(hào)的能量波形及其持續(xù)時(shí)間△t。
③ 找出功率峰值P(max)，記錄此時(shí)的電壓Ucross和電流Icross數(shù)據(jù)。
④ 根據(jù)SOA曲線和脈沖時(shí)長△t，計(jì)算出對(duì)應(yīng)電壓Ucross的允許電流Isoa。
⑤ 在MOS管正常工作時(shí)，測量其外殼溫度，并利用降額公式計(jì)算出溫度影響下的調(diào)整后電流值：I(降額)=Isoa×溫度調(diào)整系數(shù)。
⑥ 如果測得的電流Icross小于計(jì)算出的調(diào)整后電流I(降額)，說明MOS管工作在安全SOA區(qū)域內(nèi)；如果大于，則意味著它已經(jīng)超出了安全范圍。
在工程實(shí)踐中，設(shè)計(jì)者需要仔細(xì)考慮電路中MOSFET的工作條件，以確保其在SOA區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。通常涉及計(jì)算和評(píng)估電路中的電壓、電流脈沖、功率峰值等參數(shù)，以便在設(shè)計(jì)階段就能夠合理地選擇器件和確定工作條件。
此外，針對(duì)高功率、高頻率或脈沖應(yīng)用，特別需要關(guān)注MOSFET的SOA特性，并根據(jù)具體應(yīng)用場景選用適當(dāng)?shù)钠骷吞?hào)和工作條件。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真分析來確保MOSFET在SOA區(qū)域內(nèi)可靠運(yùn)行。
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