在電源結構為反激或BUCK降壓變換器電路中，有些做電源的研發工程師，通常測量到功率MOSFET的電壓和電流波形，然後根據電壓、電流波形和工作的脈寬時間，在SOA曲線中描出對應的工作點，來校核工作點是否在SOA曲線的範圍内，以此來判斷功率MOSFET的工作是否安全。事實上，這樣的校核方法并不正确，原因在于對于功率MOSFET的SOA曲線理解的偏差。

1、功率MOSFET安全工作區SOA曲線

功率MOSFET數據表中SOA曲線是正向偏置的SOA曲線，即FBSOA曲線，那麼這個安全工作區SOA曲線是如何定義的呢？

這個曲線必須結合前面讨論過的功率MOSFET的耐壓、電流特性和熱阻特性，來理解功率MOSFET的安全工作區SOA曲線。它定義了最大的漏源極電壓值、漏極電流值，以保證器件在正向偏置時安全的工作，如下圖所示：

圖1：正向偏置SOA安全工作區

（1）SOA曲線左上方的邊界斜線，受漏源極的導通電阻RDS（ON）限制。

因為在一定的VGS的電壓下，功率MOSFET都有一個确定的RDS（ON），因此：

VDS= ID · RDS（ON）

這條斜線的斜率就是1/RDS（ON）。以前論述過功率MOSFET數據表中RDS（ON）的特性和測試條件，在不同的溫度以及在不同的脈沖電流及脈沖寬度條件下，RDS（ON）的值都會不同，在實際的應用過程中，這條曲線的斜率因條件的不同而不同。

（2）SOA曲線右邊垂直的邊界，是最大的漏源極電壓BVDSS。

BVDSS是功率MOSFET數據表中所标稱的最小值。同樣的，在不同的測試條件下這個值也會不同，特别是采用更高的測試電流IDSS時，名義的标稱值就會偏高，而實際的工作範圍就會減小。

（3）SOA曲線最上面水平線，由最大的脈沖漏極電流IDM的限制。

這個值是一個測量值，如果使用最小脈沖寬度下的瞬态熱阻值、最大的RDS（ON）和允許的溫升來計算，所得到最大漏極電流會比IDM更高，因此也就不正确，對于特定範圍的脈沖寬度，最大的脈沖漏極電流就定義為IDM。

（4）右上方平行的一組斜線，是不同的單脈沖寬度下的最大漏源極電流。

RDS（ON）限制的斜線和最大的脈沖漏極電流IDM有一個交點，在這個交點的右邊，也就是圖1中紅線的右邊，不同的單脈沖寬度下的最大漏源極電流曲線都幾乎工作在線性區，而且這一組曲線的電流和電壓值是通過瞬态的熱阻和允許的溫升（功耗）所計算出來的。

通過上述公式，就可以将不同的單脈沖寬度下，VDS和ID的曲線作出來，因此數據表中的SOA曲線是一個計算值，而且最為關鍵的是，大多數SOA曲線都是基于TC=25℃溫度下的計算值。

2、功率MOSFET實際工作條件

在實際的工作中，功率MOSFET的TC的溫度，也就是器件下面銅皮的溫度，絕對不可能為25℃，通常遠高于25℃，有些應用達到100-120℃，一些極端的應用甚至會更高，這樣數據表中的SOA曲線很難對實際的應用提供有用的參考價值。使用RJA折算成TA=25℃時的電流和電壓值作出SOA曲線，相對的可以對實際的應用提供一些參考。

采用行業内的标準使用計算的方法所得到的SOA曲線，由于大多工作在線性區，計算過程不可能考慮到功率MOSFET的熱電效應。在過去的時候，功率MOSFET采用平面的結構，每個單元的間隔大，很少會産生局部的熱集中，基于TA=25℃的SOA曲線和實際的應用比較接近，偏差也較小。

由于技術不斷的進步，目前通常采用溝槽以及SGT技術，單元的密度急劇提高，單元和單元間的間距小，容易相互加熱産生局部的熱集中，導緻内部的單元不平衡，熱電效應的影響明顯的增強，特别是在高壓的時候，内部的電場強度大，進一步增加熱電效應。因此，使用線性區的功率計算的SOA曲線，和實際的應用偏差非常大。

對于大多開關電源和電力電子的應用，功率MOSFET工作在高頻的開關狀态，完全的導通或截止，米勒電容産生的米勒平台的線性區，也就是産生開關損耗的區間，持續的時間非常短，通常是幾個或幾十個ns，因此使用測量到的功率MOSFET電壓和電流的波形，在SOA曲線的線性區描點，來校核功率MOSFET是否安全工作，這種方法并不正确，特别是在TC=25℃的SOA曲線中進行這樣的校核完全沒有意義。當功率MOSFET工作在高頻的開關狀态時，計算功率MOSFET的總體損耗，由熱阻來校核結溫，更有意義一些。

3、功率MOSFET的SOA曲線分析

下面分析幾個SOA曲線數據表中的例子，來進一步理解SOA曲線的定義。

3.1 AON6590

圖2：AON6590的SOA曲線

（1） 從SOA曲線漏源極導通電阻RDS（ON）限制的斜率，來計算導通電阻：

RDS（ON）= (0.1-0.03）/(60-20) = 0.00175Ohm# U7 E4

在數據表中可以得到TJ=25℃時RDS（ON）遠小于SOA曲線的計算值，因此它的取值應該是TJ=150℃時的值。

不同的公司在SOA曲線中，導通電阻RDS（ON）限制的斜線所采用的的RDS（ON）的值，有些公司取TJ=25℃，有些公司取TJ=150℃，有些公司取TJ=175℃，而且對于相應的溫度，取典型值還是最大值，也不相同。條件越嚴格，SOA曲線的範圍就越小。

（2）最右邊的垂直邊界是功率MOSFET的額定電壓，這條直線的定義比較簡單，當然當測試條件不同時，額定電壓的值也會不同。

（3）最上面的電流水平線，由最大的脈沖漏極電流IDM的限制，SOA曲線和數據表中的值都為400A，基于TC=25℃。

最低DC的電流水平線，SOA曲線和數據表中的值都為100A，基于TC=25℃。右上方平行的斜線組，列出了DC、不同的單脈沖寬度下，10ms、1ms、100us、10us的計算值斜線。

基于最高的結溫的允許溫升、熱阻或瞬态熱阻，那麼最高的允許的功率就可以确定，對于一個确定的電壓VDS，就可以計算相應的電流ID，這些斜線組相當于在TC=25℃時，工作在線性區的功率限制的計算值。

3.2 IPB117N20NFD

圖3：IPB117N20NFD的SOA曲線

（1） 從SOA曲線漏源極導通電阻RDS（ON）限制的斜率，來計算導通電阻：

RDS（ON）= (1-0.1）/(30-3) = 0.033Ohm

（2）最右邊的垂直邊界是功率MOSFET的額定電壓，200V。

（3）最上面的電流水平線，由最大的脈沖漏極電流IDM的限制，SOA曲線和數據表中的值都為336A，基于TC=25℃。

最低DC的電流水平線，SOA曲線和數據表中的值都為84A，基于TC=25℃。右上方平行的斜線組，列出了DC、不同的單脈沖寬度下，10ms、1ms、100us、10us、1us的計算值斜線。

4、實測功率MOSFET的SOA曲線

一些應用中，功率MOSFET完全工作在線性區或較長的時間工作在線性區，那麼，為了保證功率MOSFET的可靠性，就要測量真正的SOA曲線，以避免熱電效應所産生的破壞。設計的時候，要保證有一定的裕量，從而保證系統的安全，如下圖IRFB4410和IRL40B212的SOA曲線。

圖4：IRFB4410的SOA曲線

圖5：IRL40B212的SOA曲線

負載開關及熱插拔較長時間工作在導通電阻的負溫度系數區，分立MOSFET組成的LDO一直工作在負溫度系數區，也就是上面所謂的線性區

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