如何在Hot Swap电路设计中构建MOSFET的安全工作区
mosfet使用注意事项
mosfet使用注意事项
MOSFET是一种常见的场效应晶体管，广泛应用于电子设备和电
路中。
在使用MOSFET时，有一些注意事项需要牢记：
1. 静电防护，MOSFET对静电非常敏感，因此在处理和安装MOSFET时，务必采取防静电措施，如穿静电手套、使用防静电垫等，以免静电损坏器件。
2. 极限参数，在使用MOSFET时，要严格遵守其规定的最大电压、电流和功率等参数，避免超出其额定范围，以免损坏器件或导
致不可逆的故障。
3. 热管理，MOSFET在工作时会产生一定的热量，因此需要注
意散热。
确保MOSFET的工作环境通风良好，可以使用散热片或风扇
等散热设备来降低器件温度，以确保其稳定可靠的工作。
4. 输入输出保护，在实际电路中，要考虑MOSFET的输入和输
出保护，避免过电压、过电流等外部因素对MOSFET造成损坏。
可以
采用保护电路、限流电阻等措施来保护MOSFET。
5. 驱动电路设计，MOSFET在工作时需要一定的驱动电压和电流，因此在设计驱动电路时，要确保能够提供足够的驱动信号，同时注意驱动电路的响应速度和稳定性，以确保MOSFET的正常工作。
6. 静态和动态特性，在使用MOSFET时，要充分了解其静态和动态特性，包括导通电阻、开关速度、输入电容等参数，以便合理地应用MOSFET到实际电路设计中。
总的来说，使用MOSFET时需要注意静电防护、极限参数、热管理、输入输出保护、驱动电路设计以及了解其静态和动态特性，这样才能确保MOSFET在电路中稳定可靠地工作。
MOS替换方法及流程之SOA的安全操作区域
激活热保护并关闭MOSFET。漏源至源电压在此阶段进行监控。
ØNXP:BUK7510-55AL:
ØIRF 3305:
Ø英飞凌:IPP 80 n06s2-05
1.3.2结论:
ØNXP:BUK7510-55AL:
图4:雪崩能量(BUK7510-55AL)
ØIRF 3305:
图5:雪崩能量(IRF 3305)
Ø英飞凌:IPP 80 n06s2-05
图6:雪崩能量(IPP 80N06S2-05)
1.2.2结论:
等待雪崩测试
1.3 MOSFET热保护试验期间的雪崩试验
1.3.1测试的定义
MOS替换方法及流程之SOA的安全操作区域
1.1 SOA:安全操作区域
1.1.1定义:
由于功率mosfet是晶体管，可用于线性和/或开关操作
在汽车环境中，它们必须能够以可接受的可靠性水平耗散能量。因此，有
了非常好的可靠性级别，就有必要定义这种强大的功能(多亏了SOA)。
一般来说，功率越大，晶元尺寸越大(价格越高)。
从基本模型计算)，就不可能排除观察热不稳定性的可能性。
1.2雪崩能量
1.2.1定义:
当MOSFET驱动大电流通过感应负载时，突然关闭，然后漏到源电压增
加，直到击穿电压达到，从而将储存在感应负载中的能量降低，就会发生雪
崩现象。
注:在雪崩现象中，MOSFET可以被所谓的“能量失效”或“电流失效”摧
毁，这对应于第二次击穿。
ØNXP:BUK7510-55AL:
图4:安全工作区(BUK7510-55AL)
ØIRF 3305:
mos电源切换电路
mos电源切换电路Title: MOS电源切换电路Introduction:MOS电源切换电路是一种常见的电路设计，用于在多个电源之间切换，以确保电路的稳定供电。
本文将介绍MOS电源切换电路的原理、应用和设计要点。
I. 原理MOS电源切换电路利用金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）的开关特性，实现对电源的切换控制。
通过控制MOSFET的导通和截止，可以将电路连接到不同的电源上。
II. 应用1. 电池切换：在移动设备和嵌入式系统中，经常需要在主电源和备用电池之间进行切换。
MOS电源切换电路可以实现快速、可靠地切换，确保设备在主电源故障时仍能正常工作。
2. 电压稳定器切换：某些应用中，需要在不同的电源电压之间切换以满足不同的工作需求。
MOS电源切换电路可以根据输入电压的变化自动切换到合适的电源，确保电路的稳定工作。
3. 多电源备份：在一些关键系统中，为了增加系统的可靠性，常常采用多个电源进行备份。
MOS电源切换电路可以实现对多个电源的切换和备份，确保在任何一个电源故障时仍能提供稳定的供电。
III. 设计要点1. 选择适当的MOSFET：根据电路的需求，选择具有合适电流和电压容量的MOSFET。
同时，考虑MOSFET的导通电阻和截止电阻，以确保切换过程中的功耗尽量小。
2. 控制电路设计：设计合适的控制电路来控制MOSFET的导通和截止。
可以使用微控制器、触发器或者比较器等元件来实现电源切换的逻辑控制。
3. 过渡时间优化：在切换电源时，应尽量减小过渡时间，以避免电压的瞬时变化对电路的影响。
可以通过合理设计控制电路和优化MOSFET的参数来实现快速切换。
4. 过压保护：在电源切换过程中，应考虑到电源可能存在的过压情况，设计过压保护电路，以保护MOSFET和其他元件的安全运行。
5. 电源隔离：在一些特殊应用中，为了防止电源之间的相互干扰，可以设计电源隔离电路，以实现电源之间的完全隔离。
Conclusion:MOS电源切换电路是一种常用的电路设计，能够实现对电源的快速、可靠切换，应用广泛。
2安全区mosfet
3．电路运行条件对SOA的影响 电路运行条件对SOA的影响 SOA
• (1)壳温 壳温 壳温Tc越低则 越高， 越低则PD越高 壳温 越低则 越高， 但实用中却需要通过选 择热阻更小的高效散热 器才能实现， 器才能实现，这不仅影 响电路成本， 响电路成本，也会减降 电路功率密度， 电路功率密度，对多数 VDMOSFET可按 可按 Tc=(90～100)℃进行设 ～ ℃ 计和使用。 计和使用。
2011-8-15 2
⑥
2.正偏安全工作区(FBSOA) 2.正偏安全工作区(FBSOA) 正偏安全工作区
⑤ 直流功耗限制线； ①—直流功耗限制线； 直流功耗限制线 导通压降限制线； ②—导通压降限制线； 导通压降限制线 电压限制线； ③—电压限制线； 电压限制线 电流限制线； ④—电流限制线； 电流限制线 一单脉冲功耗限制线； ⑤一单脉冲功耗限制线； 脉冲电流限制线。 ⑥—脉冲电流限制线。 脉冲电流限制线
2011-8-15 1
1．SOA的分类 SOA的分类
正偏SOA(FBSOA) 栅极偏置 反偏SOA(RBSOA) 直流SOA(DCSOA) 功率MOSFET的安全区SOA 信号占空比 单脉冲SOA(SPSOA) 重复脉冲SOA(RPSOA) 正常工作SOA 工作状态 短路SOA(SCSOA)
8
PDT KT = PD 25
2011-8-15
(2)占空比对SOA的影响 (2)占空比对SOA的影响 占空比对SOA
当器件工作于脉冲 开关状态时， 开关状态时，其 SOA将扩大。因为 将扩大。 将扩大 容许的脉冲功耗P 容许的脉冲功耗 DP 将高于直流功耗P 将高于直流功耗 D。
PDP PD
看懂MOSFET数据表系列第 2 部分——安全工作区 (SOA)
看懂MOSFET数据表系列第2 部分——安全工作
区(SOA)
嗨，我的FET狂热爱好者同行们，欢迎回到看懂MOSFET数据表博客系列的第2部分！作为一名功率MOSFET的产品营销工程师，在FET数据表的所有内容中，除了电流额定值（本博客系列中的下一篇文章，这幺看来，也不算是巧合）之外，我被问到的最多的问题可能就是安全工作区(SOA) 曲线了。
这是一片需要某些技巧和手段才能完全了解的地带，这是因为每个供应商都有各自生成SOA曲线的方法，并且在提供有用信息方面，这个曲线所具有的价值与阅读数据表的人对于读到的信息的理解能力直接相关。
虽然FET也许在热插拔应用中能够发挥其最大价值（在这些应用中，FET特意地在其线性区域内运行），不过，我们看到越来越多的电机控制、甚至是电源用户将这个图用作总体稳健耐用性，以及FET处理大量功率能力的指示器。
如图1所示，可以用5个完全不同的限制条件来绘制整个SOA，每个限制条件规定了整个曲线的形状，TI的100V D2PAK CSD19536KTT的SOA与产品数据表内的曲线看起来一样。
可以用已知的FET参数来轻松绘制出其中四条曲线RDS(on) 限值、电流限值、最大功率限值，以及BVDSS限值。
只有散热不稳定性区域出现了一个问题。
很明显，这个部分的SOA曲线偏离了恒定功率线，这条线必须是电流与电压双对数坐标内斜率为-1的曲线，这个偏离表示会出现了热失控，并且斜坡越陡，说明FET越有可能在更高的击穿电压时进入这个散热失控情况。
当FET供货商试图计算这个值时，往往倾向。
Hot-Swap_Tech_CHS
IR IRF8010 100V “80A”N 沟道FET D2 封装19限流的热插拔控制系统•10A 的限流电流输入1000uF电容–IDS = C * dV/dtÆ10A =1000uF* 80V / dtÆdt=8ms–电流脉冲持续8ms–开始时MOSFET 的VDS 电压为80V，而IDS 电流则为10A，显示MOSFET 处于安全操作区(SOA) 之外安全操作区之外–除非VDS < 15V，否则MOSFET 将会永远处于安全操作区之外21限定功率的热插拔控制系统•功率已设限的电压输入1000uF 电容–IDS * VDS = 80W–开始时，VDS 电压为80V ，而IDS 电流则为1A ，VDS 电压降至1V 时，IDS 电流则会升至80A –MOSFET 停留在安全操作区之内–VDS 电压若下降，峰值电流便会上升较大电流同时将功率及电流设限的热插拔控制系统•已设限的功率及电流输入1000uF 电容–Ids * Vds = 80W 而峰值Ids = 10A –开始时，Vds 电压为80V ，而Ids 电流则为1A ，Vds 电压降至8V 时，限流电流则不会超过10A –Vds < 8V 时，Ids 不会超过10A 的限定值–MOSFET 停留在安全操作区之内，而峰值电流则处于较低的水平功率限定电流限定功率及电流已设限的操作过程•已设限的功率及电流输入1000uF电容–Ids * Vds= 80W 而峰值Ids= 10A–开始时，Vds电压为80V，而Ids 电流则为1A，Vds电压降至8V 时，限流电流则不会超过10A–Vds< 8V 时，Ids 不会超过10A 的限定值–MOSFET 停留在安全操作区之内，而峰值电流则处于较低的水平功率限幅电流限幅图1:粉红色=TIMER 引脚浅蓝色= OUT 引脚黄色= IDS (漏极电流)图2:橙色= VDS(漏极/源极电压)绿色= VIN(输入电压)紫色= FET 功率稳定状态起始插接时间功率限幅TIMER典型热插拔系统在插接时出现的瞬态35图1:粉红色=TIMER 引脚浅蓝色= OUT 引脚黄色= IDS (漏极电流)图2:橙色= VDS (漏极/源极电压)紫色= FET 功率功率限幅TIMER电流限幅TIMER电流限幅功率限幅故障超时TIMER电流限幅从上拉电阻至输出都确定供电正常断路器功率限幅故障超时TIMER 锁定版–重新启动一般需时几秒电流限幅重试时间重试时并无限流通电复位起始短路至接地TIMER45若没有输入电容–(参看下一张幻灯片)在故障情况下出现的电感突波PARASITICSnubber TransorbOUTPGD只要加设突波吸收电路，便可抑制芯片输入端的电感突波及系统电压突波吸收电路必须尽量靠近LM5069。
功率MOSFET的安全工作区
14
4.功耗限制线
电压（X轴）:
(600V,0.18A)
(600V,0.59A) (600V,1.73A) (600V,5.95A)
电流（Y轴）: (20V,4.4A) (20.4V,17.6A) (59V,17.6A) (201V,17.6A)
15
功率耗散相关参数值（1）
16
功率耗散相关参数值（3）
17
功率耗散相关参数值（4）
18
SOA全图
19
附件1. JUNO与TECH在线热阻测试
∆VDS=VDS1（加热前）-VDS2（加热后 ）
RJC
1 K
VDS I D VDS
系数K： 1.单位为mv/oc
2.Power MOSFET 约为2.2-2.8mv/oc
加热功率
1.电流是主要因数； 2.加热时间设定； 3.测试电流尽量小以免 引起额外加热。
8
ID电流相关电性参数（3）
1.ID-TC曲线是“抛物线” 关系，应符合下列公式： ID2*RD(ON)=(TJ-TC)/RθJC
2.曲线符合以下三点坐 标： (25℃,4,.4A) (100℃,2.8A) (150℃,0)
9
输出漏极（ID）对温升曲线
3.导通电阻限制线
导通电阻限制线
10
RDS（ON）相关电性参数值（1）
通常写为：IGSS≤±100nA@±30V。
5
2.电流限制线（ID）
电流限制线两条： ID=4.4A（红线） IDM=17.6A（蓝线）
ID×4=IDM ID：连续直流电流 IDM：脉冲电流
6
ID电流相关电性参数（1）
输入特性曲线（ID-VGS） 1.常（室）温下， VGS≥8V时，沟道完全打 开
如何确保MOS管工作在安全区
如何确保MOS管工作在安全区电源工程师最怕什么？炸机！用着用着就坏了，莫名其妙MOS管就炸了，真是又怕又恨，可到底是哪里出问题了呢？这一切都和SOA相关。
我们知道开关电源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易烧坏的器件。
开关器件长期工作于高电压大电流状态，承受着很大的功耗，一但过压或过流就会导致功耗大增，晶圆结温急剧上升，如果散热不及时，就会导致器件损坏，甚至可能会伴随爆炸，非常危险。
这里就衍生一个概念，安全工作区。
一、什么是安全工作区？安全工作区：SOA（Safe operating area）是由一系列（电压，电流）坐标点形成的一个二维区域，开关器件正常工作时的电压和电流都不会超过该区域。
简单的讲，只要器件工作在SOA区域内就是安全的，超过这个区域就存在危险。
二、SOA具体如何应用和测试呢？开关器件的各项参数在数据手册中都会明确标注，这里我们先来解读两个参数：●V DS（Drain-source voltage）：漏源电压标称值，反应的是漏源极能承受的最大的电压值；●I DM（Drain current(pulsed)）：漏源最大单脉冲电流（非重复脉冲），反应的是漏源极可承受的单次脉冲电流强。
图1 开关器件参数表器件手册一般都会提供SOA（Safe operating area）数据图表，主要和晶圆的散热、瞬间电压和电流的承受能力有关，通过I DM和V DS及器件晶圆沟道损耗的限制形成一个工作区域，称为安全工作区，如下图所示。
安全工作区可以避免管子因结温过高而损坏。
图2 器件手册SOA曲线图示波器的测试应用非常简单，使用电压、电流探头正常测试开关管的V DS和I DM，并打开SOA分析功能，对照数据手册的SOA数据设置好示波器的SOA参数即可。
一但波形触碰到安全区以外的区域，就说明器件超额工作，存在危险。
三、示波器的SOA分析功能有哪些作用？●支持连续测试，并统计通过及失败的总数次，该模式可用于连续烤机测试；●支持触碰（波形超出安全区域）停止、自动截图、声音提示操作；●安全工作区可通过电压、电流、功率限制设定，也可自定义设定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如何在Hot Swap电路设计中构建MOSFET的安全工作区
简介
Hot Swap™电路设计中最具挑战性的方面通常是验证不会超过MOSFET的安全工作区（SOA）。
与LTspice IV ®一起分发的SOAtherm工具简化了这项任务，使电路设计人员能够立即评估应用的SOA要求以及所选N沟道MOSFET的适用性。
SOAtherm可能需要改变您对SOA的看法。
SOAtherm-NMOS模型的输出是MOSFET的模拟硅片温度。
作为电路设计人员，我们已经习惯于在电压，电流和时间方面考虑SOA。
很容易忘记SOA是由MOSFET的峰值管芯温度决定的。
验证热插拔设计不会超过MOSFET的功能是高功率水平的挑战。
幸运的是，热行为和SOA 可以在诸如LTspice的电路仿真器中建模。
LTspice中包含的SOAtherm-NMOS符号包含由凌力尔特公司开发的MOSFET热模型集合，以简化此任务。
这些热模型可用于验证MOSFET的最大芯片温度是否超过，即使在Spirito区域，允许电流在高漏极- 源极电压下呈指数下降。
理论上，SOAtherm报告了MOSFET芯片上最热点的温度。
SOAtherm模型可预测MOSFET的温度，而不会影响电路仿真的电气行为。
SOAtherm模型基于MOSFET的数据表信息，因此，仅与制造商的数据一样准确。
设计具有足够的额外余量非常重要，因为MOSFET制造商提供的SOA曲线通常是“典型”数字而没有足够的降额来解释部件间的变化。
在我们之前发出警告开始SOAtherm教程：不要相信显示并行MOSFET共享SOA的模拟。
这仅适用于MOSFET完美匹配的电路仿真器的理想世界。
在现实世界中，MOSFET之间将存在部件间的差异，并且一个MOSFET可能会耗尽所有电流。
在SOAtherm中使用并联MOSFET时，请检查一组MOSFET中的每个MOSFET是否能够自行处理整个SOA事件。
例外情况是每个并联MOSFET都存在单独的电流限制，防止任何单个MOSFET失控。
教程
以下教程需要大约15分钟完成并假设LTspice操作的基本知识。
通常，在LTspice原理图中将SOAtherm-NMOS符号放置在MOSFET的顶部，并且在Tc 和T j处观察外壳温度。