类比电源讲堂4-如何绘制MOSFET SOA曲线
我们这堂课来讲讲电源结构最重要的其中一个元件—功率开关元件。
大功率的开关元件例如bjt、igbt、mosfet等，都有所谓的soa(safe operating area安全操作区域)、是用来评估大功率的开关元件操作是否安全可靠的判断机制，甚至当大功率的开关元件发生损坏时，也是透过soa的计算结果来加以确认。
我们这边用最常用的 mosfet 来举例说明：
soa(安全操作区域)
soa是由5条limit线所围起来的一个区域，在任何测试条件下都必须让mosfet操作在soa的范围之内，才能确保mosfet在操作上是安全可靠的。
而这5条limit线分别为rds-on、pulse电流、maximum功率、热稳定与breakdown电压
rds-on limit线
soa横轴是vds，纵轴是ids，依据欧姆定律(v = i x r)，斜率为rds-on。
rds-on为正温度系数，当温度低时，rds-on电阻值也会比较低，在相同电压下，就会得到较大的电流，而当温度高时，rds-on电阻值也会比较高，在相同电压下，就会得到较小的电流，因此rds-on limit线是浮动的。而一般data sheet内soa的rds-on limit线是建立在tj=150℃下所绘制出来的曲线。
以spp20n60c3为例
先设定二个vds电压点，假设分别为2v与10v，再透过rds-on对应tj的曲线，得出rds-on值，代入算式即可计算出此时之id电流，描绘出rds-on limit线
pulse current limit线
高压mosfet的peak pulse电流是来自silicon的限制，而低压mosfet的peak pulse电流是来自包装的限制。pulse电流是一个计算值(已标示在data sheet内)
以spp20n60c3为例
透过上述算式得出id,pulse电流值，即可描绘出pulse current limit线
maximum power limit线
maximum power是建立在一个前提下的条件，功率的消耗会相等于功率的产生，
tj = tc + δt，而δt = vds x id x zthjc，soa在maximum power是电压与电流乘积产生的功率，功率再乘以热阻值就会产生温升。
以spp20n60c3为例
透过zthjc与tp的曲线，对照出不同时间下的zthjc，再透过算式先求出当tc=25℃时所能提供的功率pd，再分别取二个vds的电压点来计算出电流，即可描绘出maximum power limit线。
thermal stability limit线
依据热稳定度实验结果来修正soa曲线
breakdown voltage limit线
breakdown voltage则是与温度相关，它是正温度系数，soa的breakdown voltage limit线是建立在tj=25℃下所绘制出来的曲线。
以spp20n60c3为例
依照鱼干我的经验：脚越少的半导体元件处理起来比很多脚的ic更复杂，因为pin 少所以要分析得更细更精辟…@@||
soa的分析有利于在设计初期就先验证理论上是否可行? 理论上可行再套用在实际硬件上。
万一不幸在硬件测试阶段发生”事故”时，我们也可以从”幸存”的样机上去量测波形、并套用soa的分析去找出问题的原因及改善对策……
本堂只是浅谈mosfet 的soa 分析，其实mosfet 还有传导损失(conduction loss) 及开关损失(switching loss)需要再去计算与分析，这些会影响soa的细节请待我们到”中”学堂的部分再深入探讨呗^_^
~本篇完
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