上期文章《MOS管的安全工作區(qū)SOA詳解（一）限制線(xiàn)介紹》有詳細(xì)解釋過(guò)SOA曲線(xiàn)的各個(gè)限制線(xiàn)的具體意義，但是沒(méi)有舉例子具體如何運(yùn)用，這期就來(lái)舉例說(shuō)明，如何判斷一個(gè)MOS管是否工作在SOA區(qū)。

1、SOA曲線(xiàn)運(yùn)用的基本步驟

下面是我總結(jié)的SOA曲線(xiàn)運(yùn)用的步驟，總共6步：

①測(cè)量MOS管的電壓和電流波形，判斷電壓和電流是否超標(biāo)

②使用示波器乘積功能，得到脈沖的功率波形和持續(xù)時(shí)間△t

③找到峰值功率點(diǎn)P(max)，得到對(duì)應(yīng)的電壓Ucross和電流值Icross

④在SOA曲線(xiàn)中，結(jié)合持續(xù)時(shí)間△t，找到電壓Ucross對(duì)應(yīng)的限制電流Isoa

⑤測(cè)量穩(wěn)態(tài)時(shí)MOS管的殼溫，根據(jù)降額公式，進(jìn)一步得到符合溫度降額情況下的電流值：I(降額)=Isoa*溫度降額系數(shù)

⑥如果實(shí)際電流值Icross

文字說(shuō)明沒(méi)有什么感覺(jué)，下面就來(lái)舉例子實(shí)操下。

2、LTspice仿真舉例說(shuō)明MOS是否工作在安全工作區(qū)

還是以CSD25404Q3T為例子（上一期就是用的這個(gè)PMOS），我們來(lái)判斷下，下面這個(gè)開(kāi)關(guān)電路是否工作在線(xiàn)性工作區(qū)（LTspice如何導(dǎo)入第三方模型，在我的筆記文檔《硬件工程師煉成之路筆記》里面的第9.1.4章節(jié)有詳細(xì)介紹，不再贅述）。

現(xiàn)在就按照前面說(shuō)的6步來(lái)判斷該P(yáng)MOS在開(kāi)通的時(shí)候是否工作在SOA區(qū)。

①測(cè)量MOS管的電壓和電流波形，判斷電壓和電流是否超標(biāo)

我們運(yùn)行下這個(gè)仿真電路，得到電壓和電流曲線(xiàn)如下圖（現(xiàn)實(shí)中，我們是要用示波器測(cè)量的，但現(xiàn)在我們用仿真來(lái)替代）

可以看到，最大尖峰電流I(峰)=36A，Vds最大為10V，并沒(méi)有超過(guò)這個(gè)PMOS的SOA曲線(xiàn)中最大電壓20V和電流限制240A，所以目前還沒(méi)有問(wèn)題。

我們繼續(xù)看第2步

②使用示波器乘積功能，得到脈沖的功率波形和持續(xù)時(shí)間△t

同樣的，我們用仿真替代現(xiàn)實(shí)中的示波器實(shí)測(cè)，在LTspice中按鍵盤(pán)的“ALT”按鍵，左鍵點(diǎn)擊PMOS管，就可以得到PMOS的功率曲線(xiàn)（示波器實(shí)測(cè)時(shí)可以用示波器的Math——乘積功能），如下圖所示：

可以看到，PMOS的尖峰功率為P(max)=160W，持續(xù)時(shí)間t約為100us，比100us稍小一點(diǎn)（t<100us）

③找到峰值功率點(diǎn)P(max)，得到對(duì)應(yīng)的電壓Ucross和電流值Icross

從曲線(xiàn)上得到峰值功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓Ucross=6.4V；電流Icross=24.3A

④在SOA曲線(xiàn)中，結(jié)合持續(xù)時(shí)間△t，找到電壓Ucross對(duì)應(yīng)的限制電流Isoa

前面知道，△t約為100us，那么我們使用SOA的100us的限制線(xiàn)，在橫坐標(biāo)軸上找到Ucross=6.4V對(duì)應(yīng)的電流限制點(diǎn)為：Isoa=240A

⑤測(cè)量穩(wěn)態(tài)時(shí)MOS管的殼溫，根據(jù)降額公式，進(jìn)一步得到符合溫度降額情況下的電流值：I(降額)=Isoa*溫度降額系數(shù)

因?yàn)槲覀兪欠抡妫詻](méi)法測(cè)量MOS管的殼溫。如果在設(shè)計(jì)之初，我們通常可以根據(jù)實(shí)際電路工作情況估算一個(gè)，回板后，我們?cè)賹?shí)測(cè)MOS管的殼溫進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。

現(xiàn)在我們假定MOS管的溫度是60℃（現(xiàn)實(shí)中要實(shí)測(cè)），我們計(jì)算出此時(shí)電流的降額，怎么計(jì)算呢？

用下面這個(gè)公式（公式來(lái)源于TI的文檔《在設(shè)計(jì)中使用 MOSFET 安全工作區(qū)曲線(xiàn)》，文末有分享）：

這里額Ids(Tc)是什么意思呢，它指的是在殼溫為T(mén)c時(shí)MOS管的安全工作電流。現(xiàn)在殼溫為60℃，那么I(降額)=Ids(60℃)。

那Ids(25℃)又是什么意思呢？顯然，它指的就是殼溫為25℃條件下的安全工作電流，也就是前面說(shuō)的Isoa（因?yàn)镾OA曲線(xiàn)一般就指的是在殼溫25℃下的）。

注意：一般SOA就是在殼溫25℃下的，廠(chǎng)家一般會(huì)標(biāo)注，不過(guò)Ti的CSD25404Q3T的手冊(cè)中并沒(méi)有明確指出是在殼溫25℃下，倒是有點(diǎn)像是在環(huán)境溫度25℃下，因?yàn)楸砀裰蠺I參數(shù)有說(shuō)：TA = 25°C unless otherwise stated——即沒(méi)有標(biāo)注時(shí)指的就是環(huán)境溫度25℃。關(guān)于這一點(diǎn)，我們先不糾結(jié)，現(xiàn)實(shí)中，可以找Ti的FAE進(jìn)行一個(gè)確認(rèn)，這里我們?yōu)榱撕?jiǎn)便，還是把它當(dāng)作是殼溫25℃情況下的吧。

Ti手冊(cè)中的SOA曲線(xiàn)：

綜上，即Ids(25℃)=Isoa=240A

同樣，從MOS管手冊(cè)中知道，該MOS的最大工作結(jié)溫Tj(max)=150℃

進(jìn)一步計(jì)算溫度降額I(降額)==240*90/125=172.8A

⑥如果實(shí)際電流值Icross

由前面幾步知道，Icross=24.3A，考慮溫度降額下的安全工作電流為 Ids(降額)=172.8A，所以滿(mǎn)足條件 Icross < ?Ids(降額)，最終判斷該P(yáng)MOS工作在SOA區(qū)。

至此，我們的評(píng)估結(jié)束了。不過(guò)，有時(shí)候我們會(huì)遇到這個(gè)問(wèn)題——如果實(shí)測(cè)脈沖時(shí)間在SOA曲線(xiàn)中找不到怎么辦？

3、如果實(shí)際脈沖時(shí)間在SOA中找不到對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)怎么辦？

前面我們說(shuō)，要找到對(duì)應(yīng)脈沖時(shí)間對(duì)應(yīng)的SOA曲線(xiàn)，但是廠(chǎng)家給出的SOA曲線(xiàn)一般只有有限的幾條，這個(gè)時(shí)候我們?cè)趺刺幚砟兀?/p>

比如，如果我們測(cè)出來(lái)脈沖的寬度是5ms，但是廠(chǎng)家給出的SOA曲線(xiàn)只有4條線(xiàn)：DC線(xiàn)、10ms，1ms，100us。沒(méi)有對(duì)應(yīng)的5ms的SOA曲線(xiàn)怎么辦呢？

我一般分3步處理：

1、第一步：既然找不到5ms的曲線(xiàn)，那我先用更嚴(yán)苛的曲線(xiàn)來(lái)評(píng)估看看。

比如離5ms曲線(xiàn)最近的就是10ms，那我就用10ms的SOA曲線(xiàn)來(lái)評(píng)估。如果說(shuō)用10ms的曲線(xiàn)來(lái)評(píng)估都可以滿(mǎn)足要求，那5ms必然就是滿(mǎn)足的。那如果10ms評(píng)估不滿(mǎn)足怎么辦呢？那就進(jìn)入第2步。

2、第二步：用更放松的曲線(xiàn)再來(lái)評(píng)估看看

比5ms更放松的是1ms的曲線(xiàn)。如果1ms的曲線(xiàn)都不能滿(mǎn)足，那不用說(shuō)了，這個(gè)MOS肯定沒(méi)有工作在SOA區(qū)，需要調(diào)整電路。

那如果滿(mǎn)足1ms，不滿(mǎn)足10ms怎么辦呢？那就進(jìn)入第3步。

3、第三步：任意脈沖寬度電流限制計(jì)算

IDS電流與脈沖時(shí)間有如下關(guān)系式（公式來(lái)源于TI的文檔《在設(shè)計(jì)中使用 MOSFET 安全工作區(qū)曲線(xiàn)》）

我們從CSD25404Q3T的SOA曲線(xiàn)中，可以知道，在電壓為Ucross=6.4V時(shí)，10ms脈寬的電流限制Ids（10ms）=20A ；1ms脈寬的電流限制Ids(1ms)= 60A

根據(jù)這兩個(gè)點(diǎn)，結(jié)合上面的公式，我們就可以計(jì)算出m=-0.477和a=2.224的值。然后將tpw=5ms代入上面的公式，即可求得Ids(5ms)=27.8A

當(dāng)然，這Ids（5ms）=27.8A還是沒(méi)有溫度降額，應(yīng)用的時(shí)候可以再用前面計(jì)算降額的方法得到最終的 安全工作電流。 其實(shí)，可以看到，用第3步的方法，我們可以得到任意時(shí)間的電流限制，那為什么還有前面2步呢？這是因?yàn)榈?步比較麻煩，有點(diǎn)費(fèi)勁，而前面2步比較快，如果前面兩步已經(jīng)能出結(jié)果了，第3步就沒(méi)必要了。

小結(jié)

本期內(nèi)容就到這里了，主要通過(guò)仿真介紹了我們?nèi)绾闻袛郙OS是否工作在SOA區(qū)，相關(guān)的仿真文件和MOS規(guī)格書(shū)手冊(cè)，相關(guān)參考資料，我同樣都放置在了我的百度網(wǎng)盤(pán)。

審核編輯：劉清