MOS管的安全工作区SOA详解（一）限制线介绍

  SOA区指的是MOSFET的安全工作区，其英文单词是Safe Operating Area。也有一些厂家叫ASO区，其英文单词是Area of Safe Opration，总之，两者是一个意思，下面我们统一称为SOA区一般MOSFET都会给出SOA这个曲线，SOA区就是指的是曲线与横纵坐标轴围成的面积区域。如下图所示，这是TI的PMOS型号CSD25404Q3的安全工作区曲线图：

  我们现在大抵知道了SOA是啥东西，那么它有什么用呢？顾名思义，SOA区——安全工作区，就是用来评估MOS管工作状态是不是安全，是否有电应力损坏的风险的。只要使用的条件（电压、电流、结温等）不超出SOA圈定的区域，MOSFET必然能够按照我们想象的那样，任劳任怨的持续运行，反之，则可能烧掉。SOA图形是一个很有用的图形，特别在一些热插拔，电机驱动，开关电源等用到开关MOS的场合。因为这些场合，MOS在开通或关断的切换过程中，瞬间功率可能是很高的，如果超过SOA区，那么就有风险。

  SOA示意图中蓝色的就是Rds(on)限制线，简单理解，就是MOS管完全导通的时候，会有导通电阻Rds(on)，我们大家都知道，此时MOS工作在欧姆区，有关系式Vds=Ids*Rds(on)，在我们固定条件Vgs和温度的情况下，Rds(on)就是一个常数，所以我们会看到这条曲线是线性的。如下图是TI的PMOS管CSD25404Q3T，我们在Rds(on)限制线A），根据欧姆定律，计算得Rds(on)=8.3mΩ。我们再去翻翻规格书中的数据表，其：在VGS = –2.5 V, ID = –10 A条件下，Rds(on)典型值是10.1mΩ，最大值是12.1mΩ在VGS = –4.5 V, ID = –10 A条件下，Rds(on)典型值是5.5mΩ，最大值是6.5mΩ

  SOA推测出的Rds(on)和表格显示的参数并不完全一致，为何会这样呢？SOA曲线展示的Rds(on)是一个常数，而数据表中呈现的是一个范围，并且与Vgs有关，可以推测出厂家给出SOA曲线时，用的Rds(on)肯定是在某一特定工作条件下的（主要是Vgs和温度）。以上就是Rds(on)限制线的说明，下面来看看电流限制线

  SOA示意图中绿色的就是等功率限制线，这是参数根据器件允许消耗的上限功率计算得出的，该功率在热平衡状态下会产生 150°C 的稳定结温 Tj，其中 Tc = 25°C。在每条曲线上，所有的点的功率（功率=电压*电流）值都一样。还是以CSD25404Q3T为例，我们看DC这条线W，而在B点，功率P=20V*2A=40W，A点和B点的功率是相等的，这条线上的所有点的功率其实都是40W。

  如上图，在固定Vds的情况下，不同的Vgs，ID的电流是不同，并且其跟温度有一定的关系，其存在正温度系数和负温度系数。啥叫正温度系数，负温度系数呢？如下图：1、当我们固定电压Vds，Vgs的电压不变2、在25℃时，IDS=IDS(A)3、这时我们将温度上升到150℃，此时对应B点，IDS会有升高，IDS=IDS(B)4、这说明温度上升，IDS电流会增大，也就是正温度系数

  现在我们大家都知道存在正温度系数和负温度系数，那这跟热不稳定有啥关系呢？这是因为如果硅芯片上面某个区域的温度高于其它地方，并且其处于正温度系数区域，那么其电流也会高于其它地方，电流大，又会导致产生更多的热量，温度也会更高，因而变得更热，最终的结果可能就是热失控，有点类似于正反馈。还有一个问题，这个热稳定性限制线，MOS厂商是如何画出来的呢？从TI的文章里面了解到，这个限制线并非是从公式计算出来的，而是通过实测mos何时损坏，经过测量的方式得出来的。如下图是TI的MOS管（CSD19536KTT）测得的故障点：

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