上期文章《PMOS開關電路常見的問題分析》有說到SOA曲線，可能有些兄弟不是很了解這個是個啥？那這期我們就來系統的詳細介紹下，以下是這期文章的目錄：1、什么是MOS管的SOA區，有什么用？
SOA區指的是MOSFET的安全工作區，其英文單詞是Safe Operating Area。也有一些廠家叫ASO區，其英文單詞是Area of Safe Opration，總之，兩者是一個意思，下面我們統一稱為SOA區一般MOSFET都會給出SOA這個曲線，SOA區就是指的是曲線與橫縱坐標軸圍成的面積區域。如下圖所示，這是TI的PMOS型號CSD25404Q3的安全工作區曲線圖：
安全工作區指的就是曲線與橫軸（ Vds）和縱軸（Ids）所圍成的面積，如下圖，我們評估直流的時候，安全工作區就看DC這條線與坐標軸圍成的面積。
我們現在大抵知道了SOA是啥東西，那么它有什么用呢？顧名思義，SOA區——安全工作區，就是用來評估MOS管工作狀態是否安全，是否有電應力損壞的風險的。只要使用的條件（電壓、電流、結溫等）不超出SOA圈定的區域，MOSFET必然能夠按照我們想象的那樣，任勞任怨的持續運行，反之，則可能燒掉。SOA圖形是一個非常有用的圖形，特別在一些熱插拔，電機驅動，開關電源等用到開關MOS的場合。因為這些場合，MOS在開通或關斷的切換過程中，瞬間功率可能是很高的，如果超過SOA區，那么就有風險。2、SOA曲線的幾條限制線的意思？
在我見過的SOA曲線圖，有兩種：一種由4條限制線組成，一種由5條限制線，其中5條限制線里面多包含了：熱穩定性限制線。我們就直接介紹有5條限制線的SOA曲線吧，5條限制線的理解了，4條限制線的也就理解了。如下圖SOA示意圖，SOA由Rds(on)限制線，電流限制線，功率限制線，熱穩定限制線，擊穿電壓限制線組成。
①?Rds(on)限制線
SOA示意圖中藍色的就是Rds(on)限制線，簡單理解，就是MOS管完全導通的時候，會有導通電阻Rds(on)，我們知道，此時MOS工作在歐姆區，有關系式Vds=Ids*Rds(on)，在我們固定條件Vgs和溫度的情況下，Rds(on)就是一個常數，所以我們會看到這條曲線是線性的。如下圖是TI的PMOS管CSD25404Q3T，我們在Rds(on)限制線取量個特殊的點A點（1V，120A）和B點（0.1V，12A），根據歐姆定律，計算得Rds(on)=8.3mΩ。在VGS = –2.5 V, ID = –10 A條件下，Rds(on)典型值是10.1mΩ，最大值是12.1mΩ在VGS = –4.5 V, ID = –10 A條件下，Rds(on)典型值是5.5mΩ，最大值是6.5mΩ?
SOA推測出的Rds(on)和表格顯示的參數并不完全一致，為什么會這樣呢？SOA曲線展示的Rds(on)是一個常數，而數據表中呈現的是一個范圍，并且與Vgs有關，可以推測出廠家給出SOA曲線時，用的Rds(on)肯定是在某一特定工作條件下的（主要是Vgs和溫度）。以上就是Rds(on)限制線的說明，下面來看看電流限制線②電流限制線
SOA示意圖中紅色的就是電流限制線，一般就指芯片的最大脈沖尖峰電流Idm，其一般由器件本身的封裝決定。如下圖是TI的PMOS型號CSD25404Q3T，其Idm=-240A，在SOA曲線中，不論脈沖的時間多長，運行通過的電流都要小于-240A。
③?功率限制線
SOA示意圖中綠色的就是等功率限制線，這是參數根據器件允許消耗的最大功率計算得出的，該功率在熱平衡狀態下會產生 150°C 的穩定結溫 Tj，其中 Tc = 25°C。在每條曲線上，所有的點的功率（功率=電壓*電流）值都一樣。還是以CSD25404Q3T為例，我們看DC這條線，在A點，功率P=1V*40A=40W，而在B點，功率P=20V*2A=40W，A點和B點的功率是相等的，這條線上的所有點的功率其實都是40W。
關于功率限制線，我倒是在手冊中發現個對應不上的問題：SOA曲線中，DC的功率限制為40W，但是在CSD25404Q3T的規格書數據表中，功率的限制為96W，我理解這兩個數值應該是一樣的才對，現在卻并不相等。
對于這個差異，從手冊上看，可能跟測試條件有關系，測試標準的測試條件是Tc=25℃，而SOA曲線中的條件是Ta=25℃，可能跟此有關系（不是特別肯定，因為我理解，SOA應該都是在Tc=25℃下測的才對），如果對此有比較了解的同學，希望能留言介紹下。
④?熱穩定限制線
SOA示意圖中紫色的就是熱穩定性限制線，簡單說就是，我們實際工作的時候，電壓和電流也不能超過這根線，否則MOS就會發生熱不穩定導致損壞。
如上圖，在固定Vds的情況下，不同的Vgs，ID的電流是不同，并且其跟溫度有一定的關系，其存在正溫度系數和負溫度系數。3、這時我們將溫度升高到150℃，此時對應B點，IDS會有升高，IDS=IDS(B)4、這說明溫度升高，IDS電流會增大，也就是正溫度系數
按照這個邏輯，應該很容易理解，紅色的區域就是正溫度系數，反之，藍色的區域就是負溫度系數。還是以CSD25404Q3T為例子，其手冊中也給出了這個曲線。
現在我們知道存在正溫度系數和負溫度系數，那這跟熱不穩定有什么關系呢？這是因為如果硅芯片上面某個區域的溫度高于其它地方，并且其處于正溫度系數區域，那么其電流也會高于其它地方，電流大，又會導致產生更多的熱量，溫度也會更高，因而變得更熱，最終的結果可能就是熱失控，有點類似于正反饋。還有一個問題，這個熱穩定性限制線，MOS廠商是如何畫出來的呢？從TI的文章里面了解到，這個限制線并非是從公式計算出來的，而是通過實測mos什么時候損壞，通過測量的方式得出來的。如下圖是TI的MOS管（CSD19536KTT）測得的故障點：
⑤?擊穿電壓限制線?
SOA示意圖中粉色的就是擊穿電壓限制線，這個應該很容易理解，就是MOS管的耐壓，一般也跟規格書中的Vds(max)對應，簡單舉個例子（以CSD25404Q3T為例子）如下圖，就不細說了。
?3、為什么一個圖中SOA曲線中有好幾條？
如下圖CSD25404Q3T有4條限制線，其分別對應了不同脈沖時間的限制，這應該很容易理解，如果脈沖持續的時間越長，MOS承受的電，熱應力也會越大，越容易發生損壞。所以可以看到，持續時間越短，其能承受的電壓和電流越大。
小結
本期內容就到這里了，主要介紹了SOA區幾條限制的意思，但并沒有舉例說明如何運用，這個就留待下期吧，下面一些參考的資料，如果想獲得更深入的了解，都可以去看看。https://edu.21ic.com/video/43462、TI文章《看懂MOSFET數據表，第2部分—安全工作區 (SOA) 圖》：https://e2echina.ti.com/blogs_/b/power_house/posts/mosfet-2-soa?keyMatch=SOA&_ticdt=MTcwOTk1MjgzNHwwMTg2ZGI5NDYxNzQwMDVlOTdhMTY3Y2IzNDcwMDUwODEwMDc3MDc5MDBiZDB8R0ExLjEuNTkyMzY2NzUxLjE2MDMyODYwNDV8bnVsbHxudWxsfEdTMS4xLjE3MDk5NTI4MTkuMTkuMS4xNzA5OTUyODM0LjAuMC4wfG51bGx8bnVsbHxudWxs3、https://zhuanlan.zhihu.com/p/5654712184、瑞薩文檔《功率MOSFET應用說明》，下載鏈接：https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/9095165、瑞薩文檔《功率MOSFET的特性》，下載鏈接：https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/9584966、TI文檔《在設計中使用 MOSFET 安全工作區曲線》，下載鏈接：https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhcacd9/zhcacd9.pdf?ts=17094543122987、英飛凌文檔：《Linear Mode Operation and Safe Operating Diagram of ?Power-MOSFETs》https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-ApplicationNote_Linear_Mode_Operation_Safe_Operation_Diagram_MOSFETs-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=db3a30433e30e4bf013e3646e9381200#:~:text=The%20Safe%20Operating%20Area%20diagram%20%28SOA%20diagram%29%20defines,the%20Power-MOSFET%20being%20operated%20primarily%20in%20linear%20mode.8、Nexperia的文檔《功率MOSFET的線性模式工作.pdf》，下載鏈接：https://assets.nexperia.cn/documents/application-note/AN50006_CN.pdf相關文檔我已經下載下來了，可以直接去我的網盤上面找，方法：關注我的微信公眾號“硬件工程師煉成之路”，在后臺回復“煉成之路”，就可以下載了，放置在目錄：煉成之路-->器件-->08-MOS-->SOA
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