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ng 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
安全工作区指的就是曲线与横轴( Vds)和纵轴(Ids)所围成的面积,如下图,我们评估直流的时候,安全工作区就看DC这条线与坐标轴围成的面积。
顾名思义,SOA区——安全工作区,就是用来评估MOS管工作状态是否安全,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图形是一个非常有用的图形,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。
在我见过的SOA曲线条限制线条限制线条限制线里面多包含了:热稳定性限制线条限制线条限制线条限制线的也就理解了。
如下图SOA示意图,SOA由Rds(on)限制线,电流限制线,功率限制线,热稳定限制线,击穿电压限制线组成。
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。
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)。
SOA示意图中红色的就是电流限制线,一般就指芯片的最大脉冲尖峰电流Idm,其一般由器件本身的封装决定。
如下图是TI的PMOS型号CSD25404Q3T,其Idm=-240A,在SOA曲线中,不论脉冲的时间多长,运行通过的电流都要小于-240A。
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最大功率计算得出的,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。
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。
关于功率限制线,我倒是在手册中发现个对应不上的问题:SOA曲线T的规格书数据表中,功率的限制为96W,我理解这两个数值应该是一样的才对,现在却并不相等。
对于这个差异,从手册上看,可能跟测试条件有关系,测试标准的测试条件是Tc=25℃,而SOA曲线℃,可能跟此有关系(不是特别肯定,因为我理解,SOA应该都是在Tc=25℃下测的才对),如果对此有比较了解的同学,希望能留言介绍下。
SOA示意图中紫色的就是热稳定性限制线,简单说就是,我们实际工作的时候,电压和电流也不能超过这根线,否则MOS就会发生热不稳定导致损坏。
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。
这是因为如果硅芯片上面某个区域的温度高于地方,并且其处于正温度系数区域,那么其电流也会高于地方,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。
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什么时候损坏,通过测量的方式得出来的。
SOA示意图中粉色的就是击穿电压限制线,这个应该很容易理解,就是MOS管的耐压,一般也跟规格书中的Vds(max)对应,简单举个例子(以CSD25404Q3T为例子)如下图,就不细说了。
如下图CSD25404Q3T有4条限制线,其分别对应了不同脉冲时间的限制,这应该很容易理解,如果脉冲持续的时间越长,MOS承受的电,热应力也会越大,越容易发生损坏。所以可以看到,持续时间越短,其能承受的电压和电流越大。
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