如何確保MOS管工作在安全區(qū)？

電源工程師最怕什么?炸機(jī)!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(guān)。

我們知道開關(guān)電源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易燒壞的器件。開關(guān)器件長期工作于高電壓大電流狀態(tài)，承受著很大的功耗，一但過壓或過流就會導(dǎo)致功耗大增，晶圓結(jié)溫急劇上升，如果散熱不及時，就會導(dǎo)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(qū)。

一、什么是安全工作區(qū)?

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

二、SOA具體如何應(yīng)用和測試呢?

開關(guān)器件的各項參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊中都會明確標(biāo)注，這里我們先來解讀兩個參數(shù)：

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

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

圖1 開關(guān)器件參數(shù)表

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

圖2 器件手冊SOA曲線圖

示波器的測試應(yīng)用非常簡單，使用電壓、電流探頭正常測試開關(guān)管的VDS和IDM，并打開SOA分析功能，對照數(shù)據(jù)手冊的SOA數(shù)據(jù)設(shè)置好示波器的SOA參數(shù)即可。一但波形觸碰到安全區(qū)以外的區(qū)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?

支持連續(xù)測試，并統(tǒng)計通過及失敗的總數(shù)次，該模式可用于連續(xù)烤機(jī)測試;

支持觸碰(波形超出安全區(qū)域)停止、自動截圖、聲音提示操作;

安全工作區(qū)可通過電壓、電流、功率限制設(shè)定，也可自定義設(shè)定。

圖3 示波器SOA測試波形圖

四、總結(jié)

開關(guān)器件的安全工作區(qū)是一項非常重要的參數(shù)，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(chǎn)品安全可靠。