如何确保MOS管工作在安全区

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。

 

一、什么是安全工作区？

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。

 

二、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。

 

图1 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。

 

图2 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。

 

三、示波器的SOA分析功能有哪些作用？

l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；

 

l支持触碰（波形超出安全区域）停止、自动截图、声音提示操作；

 

l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。

 

图3 示波器SOA测试波形图

 

四、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。