什么是SOA(Safety Operation Area)失效

MOSFET的失效机理

本文的关键要点

・SOA是“Safety Operation Area”的缩写,意为“安全工作区”。

・需要在SOA范围内使用MOSFET等产品。

・有五个SOA的制约要素,不满足其中任何一个要素的要求都有可能会造成失效。

什么是SOA(Safety Operation Area)?

SOA是“Safety Operation Area”的缩写,意为“安全工作区”。要想安全使用MOSFET,就需要在SOA范围内使用MOSFET,超过这个范围就有可能造成损坏。在SOA范围之外工作时造成的损坏称为“SOA失效”。例如,SJ MOSFET(Super Junction MOSFET)R6024KNX的SOA如下所示:

SJ MOSFET R6024KNX的SOA
SJ MOSFET R6024KNX的SOA

SOA由纵轴上的漏极电流ID和横轴上的漏源电压VDS来表示。也就是说,VDS、ID及它们的乘积(功率损耗PD)、以及二次击穿区决定了MOSFET的安全工作范围。另外,施加功率的脉冲宽度PW也是决定SOA的重要因素。SOA划分为图中所示的(1)~(5)个区域。

SOA的区域划分、限制以及与失效之间的关系

下面介绍一下图中的区域(1)~(5)。

■区域(1):漏极电流ID受MOSFET的导通电阻RDS(ON)限制的区域

是指即使施加的VDS小于绝对最大额定值,ID也会受到RDS(ON)限制的区域。根据欧姆定律I=V/R,ID只能流到红线位置。  ※图中的区域是VGS=10V时的示例

■区域(2):由施加脉冲时漏极电流的绝对最大额定值IDP决定的区域

(2)的绿线是规格书中规定的IDP的绝对最大额定值。当然,绝对最大额定值是绝对不能超过的,因此当IDP超过该值时是无法使用的。如果在超过该值的范围(电流值)使用,由于超出了保证的工作范围,因此可能会造成损坏。

■区域(3):热限制区域

这是由MOSFET的容许损耗PD决定的区域。受施加功率的脉冲宽度PW和瞬态热阻的限制。只要在该范围内,Tj通常不会超过绝对最大额定值TjMAX,因此可以安全使用。但是请注意,该线会因环境温度、MOSFET的实际安装条件和散热条件等因素而异。此外,作为开关使用MOSFET时,可能会瞬间被施加高电压和大电流,因此即使在开关的瞬态状态下也必须注意不要超过区域(3)的限制。

■区域(4):二次击穿区域

当在施加高电压的状态下流过电流时,元器件内部的局部可能会流过大电流并造成损坏,这称为“二次击穿”。这条线是用来防止造成二次击穿状态的限制线。与区域(3)的热限制区域一样,二次击穿区域也受环境温度等因素的影响。

■区域(5):由MOSFET漏源电压的绝对最大额定值VDSS决定的区域

这是规格书中规定的受VDSS限制的区域,如果超过这个区域,就可能发生击穿并造成损坏。需要注意的是,由反激电压和寄生电感引起的电压变化,可能会瞬间超过该限制。

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