如何確保MOS管工作在安全區

電源工程師最怕什么？炸機！用著用著就壞了，莫名其妙MOS管就炸了，真是又怕又恨，可到底是哪里出問題了呢？這一切都和SOA相關。

 

我們知道開關電源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易燒壞的器件。開關器件長期工作于高電壓大電流狀態，承受著很大的功耗，一但過壓或過流就會導致功耗大增，晶圓結溫急劇上升，如果散熱不及時，就會導致器件損壞，甚至可能會伴隨爆炸，非常危險。這里就衍生一個概念，安全工作區。

 

一、什么是安全工作區？

安全工作區：SOA（Safe operating area）是由一系列（電壓，電流）坐標點形成的一個二維區域，開關器件正常工作時的電壓和電流都不會超過該區域。簡單的講，只要器件工作在SOA區域內就是安全的，超過這個區域就存在危險。

 

二、SOA具體如何應用和測試呢？

開關器件的各項參數在數據手冊中都會明確標注，這里我們先來解讀兩個參數：

lVDS（Drain-source voltage）：漏源電壓標稱值，反應的是漏源極能承受的最大的電壓值；

 

lIDM（Drain current(pulsed)）：漏源最大單脈沖電流（非重復脈沖），反應的是漏源極可承受的單次脈沖電流強。

 

圖1 開關器件參數表

 

器件手冊一般都會提供SOA（Safe operating area）數據圖表，主要和晶圓的散熱、瞬間電壓和電流的承受能力有關，通過IDM和VDS及器件晶圓溝道損耗的限制形成一個工作區域，稱為安全工作區，如下圖所示。安全工作區可以避免管子因結溫過高而損壞。

 

圖2 器件手冊SOA曲線圖

 

示波器的測試應用非常簡單，使用電壓、電流探頭正常測試開關管的VDS和IDM，并打開SOA分析功能，對照數據手冊的SOA數據設置好示波器的SOA參數即可。一但波形觸碰到安全區以外的區域，就說明器件超額工作，存在危險。

 

三、示波器的SOA分析功能有哪些作用？

l支持連續測試，并統計通過及失敗的總數次，該模式可用于連續烤機測試；

 

l支持觸碰（波形超出安全區域）停止、自動截圖、聲音提示操作；

 

l安全工作區可通過電壓、電流、功率限制設定，也可自定義設定。

 

圖3 示波器SOA測試波形圖

 

四、總結

開關器件的安全工作區是一項非常重要的參數，通過示波器的SOA分析功能，可以快速有效的確定器件的工作是否安全，確保產品安全可靠。