板子上的功率MOS管是否能持续安全工作，是设计者最担心的问题。炸机、用着用着就坏了、莫名其妙MOS管就炸了，工程师遇到这些真是又怕又恨，可到底是哪里出问题了呢？这一切其实都和SOA有关。

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。

熟悉和正确使用SOA，可以极大限度地提高开关器件的稳定性和延长使用寿命。

什么是SOA？

SOA（Safe operating area）是指安全工作区，由一系列限制条件组成的一个漏源极电压VDS和漏极电流ID的二维坐标图，开关器件正常工作时的电压和电流都不应该超过该限定范围。

图1 SOA曲线示意图

对于功率半导体器件，能够安全、可靠地进行工作的电流和电压范围，称为安全工作区，超过此范围的电流和电压工作时器件会发生损坏，容易引发电力电子装置破坏性问题。任何功率半导体器件都需要给出安全工作区，一方面衡量器件的性能，同时为正确使用器件和设计电路参数提供依据。

开关器件的数据手册中几乎都能找到SOA的身影。

SOA相关要点

SOA的限定范围通常由最大漏极电流ID（max）或最大漏极脉冲电流IDM、 最大漏源电压VD（MAX）、最大允许耗散功率PD（MAX）或最大脉冲耗散功率PDM、导通电阻RDS（on）共同决定的。

功率MOSFET的安全工作区SOA曲线，通常有4条边界组成，分别说明如下：

1、安全工作区SOA曲线左上方的边界斜线，受功率MOSFET的导通电阻RDS（ON）限制。

图2 SOA受RDS（ON）的限制

因为在固定的VGS电压和环境条件下，功率MOSFET的RDS（ON）是固定的，因此这条斜线的斜率为1／R（DS（ON））。则VDS与ID对应关系如下式：

在MOSFET的数据手册中，可以找到RDS（ON）值的定义和范围，如下图所示：

图3 数据手册中的RDS（ON）

2、安全工作区SOA曲线最右边的垂直边界，是受最大的漏源极电压BVDSS的限制，即漏源击穿电压。

图4 SOA受BVDSS的限制

漏源击穿电压BVDSS限制了器件工作的最大电压范围，在功率MOSFET正常工作中，若漏极和源极之间的电压过度增高，PN结反偏发生雪崩击穿，为保障器件安全，在关断过程及其稳态下必须承受的漏极和源极间最高电压应低于漏源击穿电压BVDSS。

漏源击穿电压BVDSS是功率MOSFET数据表中所标称的最小值。如下图所示：

图5 数据手册中的BVDSS

3、安全工作区SOA曲线最上面水平线，受最大的脉冲漏极电流IDM（或连续漏极电注ID）的限制。

图6 SOA受IDM的限制

有些SOA曲线会分别标注DC和脉冲模式下的曲线，需要注意的是IDM是脉冲工作状态的最大电流，通常最大漏极脉冲电流IDM为连续漏极电流ID的3到4倍，因此脉冲电流要远高于连续的直流电流。IDM和ID在数据手册中的定义如下：

图7 数据手册中的ID和IDM

4、安全工作区SOA曲线右上方平行的一组斜线，是DC和不同的单脉冲宽度下功率损耗的限制。

图8 SOA受功率损耗的限制

MOSFET的数据表中通常都提供了PD值，PD值为DC直流状态下的最大损耗功率，如下图所示：

图9 数据手册中的PD

不同脉冲宽度下的最大损耗功率PDM通常需要计算得到。