極端な条件下、または極端な散逸状況下でMOSFETがどれだけの電力を許容できるかを正確に疑問に思ったり心配したりする場合は、デバイスのSOAの数値がまさに注目すべきものです。

“コンデンサの極性を決定する方法 ”

この投稿では、MOSFETデータシートに記載されているセーフオペレーティングエリア（SOA）について包括的に説明します。

以下は、通常すべてに見られるMOSFETの安全な動作領域またはSOAグラフです。 テキサスインスツルメンツ データシート。

MOSFET SOAは、飽和領域で動作しているときにFETが処理できる最大電力を指定する大きさとして説明されます。

以下の次の画像で、SOAグラフの拡大図を見ることができます。

上記のSOAグラフでは、これらすべての制限と境界を確認できます。そして、グラフのさらに深いところに、多くの異なる個々のパルス持続時間に対する追加の制限があります。そして、グラフ内のこれらの線は、計算または物理的測定のいずれかによって決定できます。

以前および古いデータシートでは、これらのパラメーターは計算値を使用して推定されていました。

ただし、通常、これらのパラメータを実際に測定することをお勧めします。数式を使用してそれらを評価すると、FETが実際のアプリケーションで許容できるよりも文字通りはるかに大きい仮想値が得られる可能性があります。あるいは、FETが実際に処理できるレベルに比べて、パラメータを大幅に抑制しすぎるレベルにディレーティング（過剰補償）する場合もあります。

したがって、以下の説明では、式やシミュレーションではなく、実際の実用的な方法で評価されるSOAパラメーターについて学習します。

まず、FETの飽和モードと線形モードとは何かを理解することから始めましょう。

線形モードと飽和モード

上のグラフを参照すると、線形モードは、RDS（on）またはFETのドレイン-ソース間抵抗が一定である領域として定義されます。

これは、FETを通過する電流が、FETを通過するドレイン-ソース間バイアスに正比例することを意味します。 FETは基本的に固定抵抗と同様に動作するため、オーミック領域としても知られています。

ここで、FETへのドレイン-ソースバイアス電圧を上げ始めると、最終的に、FETが飽和領域と呼ばれる領域で動作していることがわかります。 MOSFETの動作が飽和領域に強制されると、MOSFETを介してドレインからソースに流れる電流（アンペア）は、ドレインからソースへのバイアス電圧の増加に応答しなくなります。

したがって、ドレイン電圧をどれだけ増加させても、このFETは固定された最大レベルの電流を転送し続けます。

電流を操作できる唯一の方法は、通常、ゲート-ソース間電圧を変化させることです。

ただし、これらは一般に線形および飽和領域の教科書の説明であるため、この状況は少し不可解なように見えます。以前、このパラメータはオーミック領域と呼ばれることがよくあることを学びました。それにもかかわらず、実際にはこれを線形領域と名付けている人もいます。おそらく、考え方は、まあ、これは直線のように見えるので、線形でなければなりませんか？

ホットスワップアプリケーションについて議論している人々に気づいたら、彼らは表現するでしょう、まあ、私は線形領域で働いています。しかし、それは本質的に技術的に不適切です。

MOSFETSOAを理解する

これで、FET飽和領域が何であるかがわかったので、SOAグラフを詳細に確認できます。 SOAは、5つの個別の制限に分類できます。それらが正確に何であるかを学びましょう。

RDS（on）の制限

灰色のグラフの最初の線は、FETのRDS（on）制限を表しています。そしてこれは、デバイスのオン抵抗のために、FETを流れる最大電流量を効果的に制限する領域です。

言い換えると、MOSFETの最大許容接合部温度で存在する可能性のあるMOSFETの最大オン抵抗を示します。

この灰色の線は、RがVをIで割った値に等しいというオームの法則に従って、この線内の各ポイントが同じ量のON抵抗を持っているため、正の一定の1の傾きを持っていることがわかります。

現在の制限

SOAグラフの次の制限線は、現在の制限を表しています。グラフの上に、青、緑、紫の線で示されるさまざまなパルス値が表示されますが、上部の水平の黒い線によって400アンペアに制限されています。

REDラインの短い水平セクションは、デバイスのパッケージ制限、または約200アンペアでのFETの連続電流制限（DC）を示します。

最大電力制限

3番目のSOA制限は、オレンジ色の傾斜線で表されるMOSFETの最大電力制限線です。

この線は一定の傾きを持っていますが、負の傾きを持っています。このSOA電力制限線上のすべてのポイントは、式P = IVで表される同じ一定の電力を運ぶため、一定です。

したがって、このSOA対数曲線では、これにより-1の傾きが生成されます。負の符号は、ここでMOSFETを流れる電流が、ドレイン-ソース間電圧が増加するにつれて減少するという事実によるものです。

この現象は主に、接合部温度が上昇するにつれてデバイスを流れる電流を制限するMOSFETの負の係数特性によるものです。

熱不安定性の制限

次に、安全動作領域全体の4番目のMOSFET制限は、熱不安定性制限を表す黄色の傾斜線で示されます。

デバイスの動作容量を実際に測定することが非常に重要になるのは、SOAのこの領域全体です。これは、この熱不安定領域を適切な手段で予測できないためです。

したがって、実際には、この領域のMOSFETを分析して、FETが故障する可能性のある場所、および特定のデバイスの動作能力を正確に特定する必要があります。

“懐中電灯図の一部 ”

したがって、この最大電力制限を取得し、それを黄色の線の一番下まで拡張すると、突然、何が見つかるかがわかります。

MOSFETの故障制限は非常に低いレベルにあり、データシートで宣伝されている最大電力制限領域（オレンジ色の傾きで表されている）と比較して値がはるかに低いことがわかります。

または、たまたま保守的すぎて、黄色い線の下の領域が実際にはFETが最大で処理できるものであると人々に伝えたとします。さて、私たちはこの宣言で最も安全な側にいるかもしれませんが、それから私たちはデバイスの電力制限機能を過剰に補償したかもしれません、それは合理的ではないかもしれませんね？

そのため、この熱不安定領域は公式で決定または主張することはできませんが、実際にテストする必要があります。

絶縁破壊電圧の制限

SOAグラフの5番目の制限領域は、黒い垂直線で表される絶縁破壊電圧の制限です。これは、FETの最大ドレイン-ソース間電圧処理容量にすぎません。

グラフによると、デバイスは100ボルトのBVDSSを備えています。これは、この黒い垂直線が100ボルトのドレイン-ソースマークで強制される理由を説明しています。

以前の熱不安定性の概念をもう少し調査するのは興味深いでしょう。これを実現するには、「温度係数」と呼ばれるフレーズの概要を説明する必要があります。

MOSFETの温度係数

MOSFETの温度係数は、MOSFETの接合部温度の変化に対する電流の変化として定義できます。

Tc =∂ID/∂Tj

したがって、データシートでMOSFETの伝達特性曲線を調べると、FETのドレイン-ソース間電流とFETのゲート-ソース間電圧の増加がわかり、この特性は3で評価されることもわかります。異なる温度範囲。

ゼロ温度係数（ZTC）

オレンジ色の円で表された点を見ると、これは次のように示されます。 MOSFETのゼロ温度係数 。

この時点で、デバイスの接合部温度が上昇し続けても、FETを介した電流伝達は向上しません。

∂I_D/∂T_j = 0 、どこ 私_D MOSFETのドレイン電流です。 T_j デバイスの接合部温度を表します

このゼロ温度係数（オレンジ色の円）の上の領域を見ると、負の-55℃から125℃に移動すると、FETを流れる電流が実際に低下し始めます。

∂I_D/∂T_j <0

この状況は、MOSFETが実際に熱くなっていることを示していますが、デバイスを介して消費される電力は低くなっています。これは、実際にはデバイスが不安定になる危険性がなく、デバイスの過熱が許容される可能性があることを意味し、BJTとは異なり、熱暴走のリスクがない可能性があります。

ただし、ゼロ温度係数より下の領域（オレンジ色の円）の電流では、デバイスの温度の上昇、つまり負の-55〜125度を超えると、電流伝達能力が実際に増加するデバイス。

∂I_D/∂T_j > 0

これは、MOSFETの温度係数がゼロよりも高いこれらのポイントにあるために発生します。しかし、一方で、MOSFETを流れる電流が増加すると、MOSFETのRDS（on）（ドレイン-ソース間抵抗）が比例して増加し、デバイスの体温が徐々に上昇し、さらに電流が発生します。デバイスを介して転送します。 MOSFETが正帰還ループのこの領域に入ると、MOSFETの動作が不安定になる可能性があります。

しかし、上記の状況が発生するかどうかは誰にもわかりません。また、この種の不安定性がMOSFET内でいつ発生するかを予測するための簡単な設計はありません。

これは、セル密度構造自体、またはMOSFET本体全体に均一に熱を放散するパッケージの柔軟性に応じて、MOSFETに関連するパラメータが多数ある可能性があるためです。

これらの不確実性のため、特定のMOSFETごとに、指定された領域での熱暴走や熱不安定性などの要因を確認する必要があります。いいえ、MOSFETのこれらの属性は、最大電力損失の式を適用するだけでは推測できません。