mosfet的安全工作区域是什么?
电力电子是一个工程师和设计师可以有严格的可靠性、安全性和性能标准的领域。组件、位置、布局和电路设计都需要开发，以确保最大的可靠性。大功率系统中最突出的部件之一是mosfet，它作为直流电源传输或脉冲电源传输的大功率开关元件。
有一些重要的规范决定MOSFET的工作特性和可靠性，但需要更多的分析来为电力系统选择合适的MOSFET。如果您的操作规格是推动绝对最大电流，电压和温度额定值，那么您应该确定mosfet的安全操作区域。
安全操作区域的定义是什么?
所有的MOSFET都有一些绝对的不应超过的最大规格，但这些规格并不能完全满足MOSFET在交流和直流环境下的工作能力范围。安全工作区域是理解MOSFET工作的一个更全面的指标，因为它捕捉了MOSFET可能损坏的一系列可能的工作条件。
简而言之，MOSFET的安全工作区域是由MOSFET同时工作的一组电压、电流和温度值来定义的。这些可以被认为是绝对最大值，但其中有一些权衡，通常可以在图形上的曲线中捕捉到。下面是一个示例。
如果这种特殊的MOSFET暴露在安全操作区域之外的条件下，它可以很快失效。mosfet的一个众所周知的优点是没有二次击穿，这是一种与BJTs相关的失效机制。由于一些mosfet已经缩小，他们现在表现出一些二次击穿。然而，对于更大的电力电子系统，mosfet在物理上也会更大，仍然不会出现二次击穿。
解释安全操作区域
安全工作区域显示了绝对最大电流和电压值的范围，不能超过。安全操作区域图中的曲线在特定的操作条件下显示，用以下方法圈定:
- 驱动方法包括:
- 脉冲驱动(具体峰值电流和频率)
- 直流驱动，作为施加直流电压的函数
- 交流(正弦)驱动，作为应用峰值到峰值电压和任何直流偏置的函数
- 稳态温度
- 开态电阻
下面的例子显示了与固定频率的脉冲驱动相比，直流驱动的安全操作区域。随着脉冲持续时间的减小，给定漏源极电压的最大允许电流增大。在足够高的漏源极电压下，MOSFET将有一个最大允许电压，超过这个电压，无论电流如何，MOSFET都将击穿并失效。这就是为什么在V(DS) = 30v处有一条垂直线。
在直流驱动中，工作温度越高，安全工作区边界越靠近原点。在交流驱动(带直流偏置)或脉冲驱动中，安全工作区边界大致是平均电流的函数;减小平均电流使边界远离原点。对于脉冲驱动，这种对平均电流的依赖意味着脉冲频率和持续时间(占空比)可以调节将MOSFET设置为给定温度的安全操作区域。
是什么驱动MOSFET超越其安全工作区域?
即使您根据模拟确定了MOSFET的安全操作区域，或组件的数据表中记录了安全操作区域，仍然有一些因素会导致系统在此区域之外运行:
- 意外高温或温度循环
- 载重线/操作点位于安全操作区域之外
- 不正确的脉冲驱动特性
- 突然的电涌或负载阻抗变化
上面的列表并没有捕捉到所有可能的故障机制，但它涵盖了许多可能导致MOSFET损坏或破坏的可能性。如果在设计之初就知道系统的风险因素，则可以选择MOSFET规格和操作参数以提供足够的降额。
降额提供额外的安全性
一旦根据驱动/开关特性和温度确定了安全操作区域，重要的是降低安全操作区域。降额提供了额外的净空空间，系统可以运行。降额的想法很简单:在工作规格以上应用足够的净空，以确保MOSFET始终处于安全工作区域。
如果你有用于MOSFET的SPICE模型包括封装温度系数，您可以直接从工作点模拟确定MOSFET电路的安全工作区域。这涉及到一个带MOSFET的电路的以下模拟过程:
- 定义励磁源(直流、脉冲驱动等)
- 改变驱动参数并确定MOSFET结温
- 将驱动参数和温度与绝对最大值进行比较，或与数据表中的安全操作区域图进行比较
一旦确定了MOSFET安全操作区域，就可以设计功率电路了，可以使用仿真工具来设计和模拟电路PSpice软件从节奏．PSpice用户可以访问功能强大的SPICE模拟器以及专业设计功能，如模型创建、绘图和分析工具等等。
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