安全工作区SOA是什么？（MOS管篇）#热点引擎计划#SOA区指的是MOSFET的安全工作区，英文表示为Safe Operating Area，是指MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的安全操作范围。有时也叫ASO，Area of Safe Opration，两者都是一个意思，但我们会统一为SOA区。

这个区域在MOS管的特性曲线图中可见，它由曲线与Vds（横轴）和Ids（纵轴）所围成的面积所定义。一般评估电流时，就是看这条线（DC）。

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在MOS管正常工作时，电压和电流不应超过SOA的限定范围。这个概念的重要性体现在于评估MOS管的工作状态是否安全，尤其在热插拔、电机驱动和开关电源等应用中。

当MOS管在开关切换时，如果瞬时功率超出SOA区域，就可能导致危险情况发生。

SOA由五条限制线组成，包括Rds(on)限制线、电流限制线、功率限制线、热稳定限制线和击穿电压限制线。这些限制线各自表示着不同的参数和性能限制，帮助确保MOS管在安全操作范围内工作。

a.Rds(on)限制线

MOS管在完全导通时会有导通电阻Rds(on)，在此状态下MOS管工作在欧姆区。

一般数据表呈现的值是一个范围，与SOA推测出的Rds(on)不完全一致，而SOA曲线展现的是一个常数，并且曲线是线性的，一般厂家给出的SOA曲线，是指在某一特定工作条件下使用的Rds(on)，主要是以Vgs和温度有关。

关系式：Vds=Ids*Rds(on)

b.电流限制线

通常指的是MOS管最大脉冲尖峰电流Idm，这是由器件本身的封装决定的

c.功率限制线

该功率在热平衡状态下会产生150℃的稳定结温Tj，其中 Tc = 25°C。这是根据器件允许消耗的最大功率计算得出。

d.热稳定限制线

在实际工作中电压和电流不应超过这条线，否则可能导致MOS管热不稳定而损坏。（下文会提到热不稳定的详细情况）

击穿电压限制线表示MOS管的耐压，和规格书的Vds(max)对应。

那么，热稳定限制线是如何发生的呢？

在固定的Vds的情况下，Vgs的电压不变，不同的Vgs，ID电流是不同的。

例如下图：在25℃时，IDS=IDS(A)

当我们将温度升到150℃时，即图中的B点，此时IDS有所上升，IDS=IDS(B)。也就是说，温度升高，IDS电流会跟着增大，即正温度系数（形成正反馈循环），也就是红色区域。反之，蓝色区域就是负温度系数。

在此得出，热不稳定和温度有一定关系，并且分为两种：正温度系数&负温度系数。

有什么关系呢？

当硅芯片上面某块区域的温度高于其它地方，并且处于正温度系数区域，那么它的电流也会高于其它地方。电流一大，又会导致更多热量产生，温度会变得更高，最终就导致了热失控。

那么，为什么一个图里SOA曲线有好几条？

这是因为它们分别对应了不同脉冲时间的限制，如果脉冲持续的时间越长，MOS管承受的电、热应力就会更大，病容易发生损坏。

因此，所持续的时间越短，它承受的电压和电流就会越大。

最后，要如何判断MOS管是否工作在SOA区呢？

① 通过测量MOS管的电压和电流波形，判断是否突破设定的极限值。

② 使用示波器的乘积功能，获取脉冲信号的能量波形及其持续时间△t。

③ 找出功率峰值P(max)，记录此时的电压Ucross和电流Icross数据。

④ 根据SOA曲线和脉冲时长△t，计算出对应电压Ucross的允许电流Isoa。

⑤ 在MOS管正常工作时，测量其外壳温度，并利用降额公式计算出温度影响下的调整后电流值：I(降额)=Isoa×温度调整系数。

⑥ 如果测得的电流Icross小于计算出的调整后电流I(降额)，说明MOS管工作在安全SOA区域内；如果大于，则意味着它已经超出了安全范围。

在工程实践中，设计者需要仔细考虑电路中MOSFET的工作条件，以确保其在SOA区域内运行。通常涉及计算和评估电路中的电压、电流脉冲、功率峰值等参数，以便在设计阶段就能够合理地选择器件和确定工作条件。

此外，针对高功率、高频率或脉冲应用，特别需要关注MOSFET的SOA特性，并根据具体应用场景选用适当的器件型号和工作条件。在实际应用中，经常需要结合实验验证和仿真分析来确保MOSFET在SOA区域内可靠运行。