【導(dǎo)讀】SOA是“Safety Operation Area”的縮寫,意為“安全工作區(qū)”。要想安全使用MOSFET,就需要在SOA范圍內(nèi)使用MOSFET,超過這個(gè)范圍就有可能造成損壞。在SOA范圍之外工作時(shí)造成的損壞稱為“SOA失效”。
MOSFET的失效機(jī)理
本文的關(guān)鍵要點(diǎn)
?SOA是“Safety Operation Area”的縮寫,意為“安全工作區(qū)”。
?需要在SOA范圍內(nèi)使用MOSFET等產(chǎn)品。
?有五個(gè)SOA的制約要素,不滿足其中任何一個(gè)要素的要求都有可能會(huì)造成失效。
什么是SOA(Safety Operation Area)?
SOA是“Safety Operation Area”的縮寫,意為“安全工作區(qū)”。要想安全使用MOSFET,就需要在SOA范圍內(nèi)使用MOSFET,超過這個(gè)范圍就有可能造成損壞。在SOA范圍之外工作時(shí)造成的損壞稱為“SOA失效”。例如,SJ MOSFET(Super Junction MOSFET)R6024KNX的SOA如下所示:
SJ MOSFET R6024KNX的SOA
SOA由縱軸上的漏極電流ID和橫軸上的漏源電壓VDS來表示。也就是說,VDS、ID及它們的乘積(功率損耗PD)、以及二次擊穿區(qū)決定了MOSFET的安全工作范圍。另外,施加功率的脈沖寬度PW也是決定SOA的重要因素。SOA劃分為圖中所示的(1)~(5)個(gè)區(qū)域。
SOA的區(qū)域劃分、限制以及與失效之間的關(guān)系
下面介紹一下圖中的區(qū)域(1)~(5)。
區(qū)域(1):漏極電流ID受MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(ON)限制的區(qū)域
是指即使施加的VDS小于絕對(duì)最大額定值,ID也會(huì)受到RDS(ON)限制的區(qū)域。根據(jù)歐姆定律I=V/R,ID只能流到紅線位置。
※圖中的區(qū)域是VGS=10V時(shí)的示例
區(qū)域(2):由施加脈沖時(shí)漏極電流的絕對(duì)最大額定值IDP決定的區(qū)域
(2)的綠線是規(guī)格書中規(guī)定的IDP的絕對(duì)最大額定值。當(dāng)然,絕對(duì)最大額定值是絕對(duì)不能超過的,因此當(dāng)IDP超過該值時(shí)是無法使用的。如果在超過該值的范圍(電流值)使用,由于超出了保證的工作范圍,因此可能會(huì)造成損壞。
區(qū)域(3):熱限制區(qū)域
這是由MOSFET的容許損耗PD決定的區(qū)域。受施加功率的脈沖寬度PW和瞬態(tài)熱阻的限制。只要在該范圍內(nèi),Tj通常不會(huì)超過絕對(duì)最大額定值TjMAX,因此可以安全使用。但是請(qǐng)注意,該線會(huì)因環(huán)境溫度、MOSFET的實(shí)際安裝條件和散熱條件等因素而異。此外,作為開關(guān)使用MOSFET時(shí),可能會(huì)瞬間被施加高電壓和大電流,因此即使在開關(guān)的瞬態(tài)狀態(tài)下也必須注意不要超過區(qū)域(3)的限制。
區(qū)域(4):二次擊穿區(qū)域
當(dāng)在施加高電壓的狀態(tài)下流過電流時(shí),元器件內(nèi)部的局部可能會(huì)流過大電流并造成損壞,這稱為“二次擊穿”。這條線是用來防止造成二次擊穿狀態(tài)的限制線。與區(qū)域(3)的熱限制區(qū)域一樣,二次擊穿區(qū)域也受環(huán)境溫度等因素的影響。
區(qū)域(5):由MOSFET漏源電壓的絕對(duì)最大額定值VDSS決定的區(qū)域
這是規(guī)格書中規(guī)定的受VDSS限制的區(qū)域,如果超過這個(gè)區(qū)域,就可能發(fā)生擊穿并造成損壞。需要注意的是,由反激電壓和寄生電感引起的電壓變化,可能會(huì)瞬間超過該限制。
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