Q: 什么是SOA？

A: MOSFET的安全工作區（SOA）是指 MOSFET 在飽和區工作時能夠承受的最大功率。

Fig1. Safe Operation Area

在上面的 SOA 圖中，我們可以看到所有這些限制和邊界。更深入地觀察圖中，我們還可以看到針對不同脈沖持續時間的額外限制 (1ms，100us，10us)。

線性區與飽和區

Fig2. MOSFET I-V Curve

開關在關斷狀態時阻斷供電電壓，在導通狀態時充當小電阻。這在 Fig2 所示的典型功率 MOSFET I-V特性中很明顯。在圖的左側，Vds 隨著 Id 的增加而線性增加，表明該器件作為電阻工作。該圖顯示，在較高的柵極電壓（Vgs）下，I-V 響應更陡峭，這意味著導通狀態電阻更低。然而，在較低的 Vgs 偏置和較高的 Vds 下，I-V 響應顯然是非線性的；

在理想情況下，隨著 Vds 的增加，Id 幾乎保持不變。這個操作區域稱為飽和操作區域。這個術語經常與線性區域操作混淆，線性區域操作是指 MOSFET 作為電阻工作。這種混淆通常源于 FET 在應用中的使用方式。當在飽和狀態下工作時，FET 通常通過調制 Vgs 偏置來控制電流。

Fig3. Safe Operation Area

1.RDS(on)限制

圖中的第一條線是灰色的，表示FET的RDS(on) 限制。這是由于設備的導通電阻而限制通過 FET 的最大電流的區域。換句話說，它表明了在 MOSFET 的最大允許結溫下可能存在的最高導通電阻。

2.電流限制

SOA 圖中的下一條限制線表示電流限制。在圖中，藍色、綠色、紫色線表示不同脈沖值的限制，被最上面的黑色水平線限制在 400A。紅色的水平線部分表示電流的極限大小，一般取決于封裝的限制。

3.最大功率限制

第三條 SOA 限制是 MOSFET 的最大功率限制線，由橙色斜線表示。最大功率受到結溫的限制，過高的結溫是 MOS 燒毀的根本原因。

正如所看到的，這條線具有恒定的負斜率（-1）。表明這條 SOA 功率限制線上的每個點都具有相同的恒定功率，由公式 P = IV 表示。

4.熱不穩定性限制

第四條SOA限制是熱不穩定性限制線，由黃色斜線表示。正是在這個 SOA 區域，實際測量設備的操作能力變得非常關鍵。這是因為這個熱不穩定區域無法通過任何適當的方法來預測。

因此，我們需要實際分析這個區域中的MOSFET，以找出設備可能在哪里失敗，以及特定設備的確切工作能力是什么？

現在我們可以看到，如果我們取最大功率限制，并將其一直延伸到底部的黃色線，那么，我們發現了什么？我們發現 MOSFET 的失敗限制落在非常低的水平，這個值比數據手冊中宣傳的最大功率限制區域（由橙色斜線表示）要低得多。

或者，過于保守，以黃色線的底部區域作為設備能處理的最大值。好吧，在這個聲明上可能是最安全的，但可能過度補償了設備的功率限制能力，這可能不合理，對吧？這就是為什么這個熱不穩定區域不能通過公式來確定或聲明，而必須實際測試。

如要進一步探討熱不穩定性的概念，有一個新的術語，稱為“溫度系數”。溫度系數后面再寫，補上......

5.擊穿電壓限制

SOA 圖中的第五個限制區域是擊穿電壓限制，由黑色垂直線表示。這只是FET能夠處理的最大漏源電壓。根據 Fig3，該設備具有 100V 的BVDSS，這就是為什么這個黑色垂直線在 100V 漏源標記處被強制執行。

Reference:

1.Understanding MOSFET Safe Operating Area or SOA.

2.onsemi application note AND901872/D, “Understanding Power MOSFET Saturation Operation Capability.”