如何测量MOS安全工作区？

时间： 2024-11-02 来源：鼎阳科技（SIGLENT鼎阳知乎）

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电源模块测试是指对电源模块进行检验和验证其性能、功能和可靠性的过程。电源模块是电子设备中至关重要的部件，负责提供稳定的电力供应，保障设备正常运行。因此，进行电源模块测试是确保设备正常工作的关键步骤。

电源模块测试通常包括以下内容：输入电压范围测试、输出电压测试、负载能力测试、温度测试、EMC测试、安全性测试等，本文将给大家介绍如何使用示波器里面的电源分析选件测试MOS管的安全区。

一、意义

MOSFET的安全工作区（SOA）定义MOSFET的电压、电流和功耗限制条件，在这些条件下，器件可以在无自损坏的情况下运行。示波器可以根据配置菜单中设置的电压限制、电流限制和功率限制参数自动生成SOA，并判断MOSFET上的应力是否超出SOA。这有助于设计者快速发现电路中的问题或潜在风险。

二、解决方案

1、简介

什么是MOS管的SOA区，有什么用？

SOA区指的是MOSFET的安全工作区，其英文单词是Safe Operating Area。一般MOSFET都会给出SOA这个曲线，SOA区就是指的是曲线与横纵坐标轴围成的面积区域。如下图1所示，这是TI的PMOS型号CSD25404Q3的安全工作区曲线图：

图1

SOA区——安全工作区，就是用来评估MOS管工作状态是否安全，是否有电应力损坏的风险的。只要使用的条件（电压、电流、结温等）不超出SOA圈定的区域，MOSFET就能正常工作。

SOA曲线的几条限制线的意思？

如下图2 SOA示意图，SOA由R_ds(on)限制线，电流限制线，功率限制线，热稳定限制线，击穿电压限制线组成。

图2

①SOA示意图2中蓝色的就是R_ds(on)限制线，简单理解，就是MOS管完全导通的时候，会有导通电阻R_ds(on)，我们知道，此时MOS工作在欧姆区，有关系式V_ds=I_ds*R_ds(on)，在我们固定条件V_gs和温度的情况下，R_ds(on)就是一个常数，所以我们会看到这条曲线是线性的。由图3根据欧姆定律，计算得R_ds(on)=8.3mΩ。

图3

②SOA示意图2中红色的就是电流限制线，一般就指芯片的最大脉冲尖峰电流I_dm，测试安全工作区需要设置电流限制参数。

③SOA示意图2中绿色的就是等功率限制线，这是参数根据器件允许消耗的最大功率计算得出的，在等功率限制线上，所有的点的功率（功率=电压*电流）值都一样。由图四得功率最大为40W。测试安全工作区需要设置功率限制参数。

图4

④SOA示意图二中紫色的就是热稳定性限制线，简单说就是，我们实际工作的时候，电压和电流也不能超过这根线，否则MOS就会发生热不稳定导致损坏。

⑤SOA示意图二中粉色的就是击穿电压限制线，就是MOS管的耐压，一般也跟规格书中的V_ds(max)对应，简单举个例子（以CSD25404Q3T为例子）如下图5 ，测试安全工作区需要设置电压限制参数。

图5

为什么一个图中SOA曲线中有好几条？

如下图6 CSD25404Q3T有4条限制线，其分别对应了不同脉冲时间的限制，这应该很容易理解，如果脉冲持续的时间越长，MOS承受的电，热应力也会越大，越容易发生损坏。所以可以看到，持续时间越短，其能承受的电压和电流越大。

图6

2、组网：

示波器：SDS6204 H12 Pro

电流探头：CP6030

高压差分探头：DPB5150

相位校准板：DF2001A

3、操作步骤：

①打卡示波器分析——电源分析——分析选——安全工作区

图7

②在输入设置菜单中，对输入电压和输入电流设置正确的通道。设置持续时间为预期的观察持续时间，然后示波器将根据它自动设置时基。

图8

③在配置菜单中，根据被测MOSFET器件的数据手册设置电压限制、电流限制和功率限制参数，然后示波器将根据这些参数自动生成SOA和输入电压和输入电流通道的垂直刻度。

图9

④测试前需要进行相位校准，在输入设置里面的时滞校准，以此纠正示波器或探头时滞。时滞校准最初应执行一次，并在硬件设置的任何部分发生变化（例如不同的探头、不同的示波器通道等）或环境温度发生变化时重新运行。以下结合DF2001A测试板进行说明，请按下述步骤操作：

图10

图11

图12

⑤输入设置——连接指南：

图13

⑥开启测试状，示波器将开始采集电压和电流波形，并显示SOA测量值，显示测量的应力是否SOA中。

⑦用户可以在测试期间调整水平、垂直和触发器设置，以获得最佳观察效果。

下面是一个测试MOSFET上电应力，并判断使用SOA的MOSFET上电应力是否安全的示例：

图14

图15

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型号- SDS7604A H12,F604FS,SSU5264A,SDS7604A H10,SDS7204A H10,SDS7204A H12,SDS1000E+ 系列,SDS800X HD 系列,SMAF-SMA-26L,SDS2000X HD,SDS5104X,SDS2000 HD-RMK,SEM5012A,SEM5024A,DS2000X-E 系列,SDS1102X-C,SDS1102X-E,ZD1500,SSU5263A,HPB4010,SDS2202X PLUS,Y504FS,F603FE,SDS2352X PLUS,CP6500,SDM3000,SSG3021X,SDG6022X-E,SDL1030X,SAP2500,SDG6012X-E,UKITSSA3X,SDS6034 H10 PRO,SDS6058 H12 PRO,ASP-18,SDS1000X-C,SVA1000X 系列,SDS6000-RMK,SDS1000X-E,SEM5034A,SEM5022A,SDG7102A,SSG3032X,SDG2082X,SCD30A,SDG6000X-E,SDG6000X,SDS824X HD,SDL1020X-E,SSA3000X-R,12V_AP_4A,SSG3000X 系列,SSA-RMK,SDS1052A,SSA5083A,SDS2502X PLUS,SDL1020X-C,SDS2354X PLUS,SDS1122E+,SSG5000X,SNA5082X,SDS800X HD,SDS3034X HD,SPS5000X,SEM5004A,SSM5142A,SDS6208 H12 PRO,SPD1305X,SNA-TB01,FX-USB2,SDS6058L H12,SDS6058L H10,SDS1102DL+,BAG-H2,SAP5000D,DPB1300,SCP5030A,SSA1000X,SPS6225X,SSU5262A,SNA5084X,SSG-RMK,SDG6032X-E,N-BNC-2L,SHN900A 系列,SSM5144A,SDS6000 PRO,SHA850A 系列,SDM3055,SEM5014A,SEM5002A,SDL1030X-C,SSU5261A,SP2035A,SSG5000A,SDL1030X-E,SPS5000X-RMK,SDS1072A,10V8_BAT,V26-N35MN35F-25IN,SSA3032X-R,SDS1104X HD,SDS6104 H10 PRO,SDG810,SDG7000A 系列,F603ME,SHA861A,DPB5150,SDS6054L H10,SDS6054L H12,SDS1000X HD,SDS1000F+,SDG7000A,SHA860A,SAP1000,USB-GPIB,SDS5000X,SDS1000E+,SDG830,SSG3021X-IQE,SDS6204L H12,SDG1000X PLUS,F503FE,SDS6204L H10,Y504MS,SHA851A,ADP-26,SAP2500D,SDS6034 H12 PRO,SDS822X HD,SNA5052X,SVA1000X,SSA1015X-C,SDS2000X PLUS 系列,SDS6054 H12 PRO,SDS2102X PLUS,SDS1104X-E,SNA6032A,SDS1104X-C,ANT-GPS1,SHA862A,SHA850A,SPD3000 系列,SDG6052X,N-N-6L,SDS6000L 系列,SDS1104X-U,SDS1202F+,CP4020,F504FS,SDG1062X PLUS,SDS5034X,SPD1305X-C,SDS3104X HD,SDS1000F+ 系列,SRF5030T,SNA6132A,SSA3000X-R 系列,SDS2504X HD,SDM3000 系列,SNA5054X,PB925,SLA1016,SDS6104 H12 PRO,SDS2204X HD,2.92F-2.92F-40A,SDG-RMK,N-N-18L,SNA6024A,SPL2016,FX-ETH,SDS2354X HD,SNA6034A,SNA6022A,SDG-2-RMK,SHA852A,ADP-18,SDS6000L,F504MS,SDS802X HD,SDS6204 H12 PRO,SHS1102X,SVA1015X,SSA5085A,SDS1072X HD,SPD3303X-C,SDS6104L H12,SNA6122A,SPD3303X-E,SDS6104L H10,SPD4121X,SPD4000X,DPB4080,NSD28,SNA5032A,F604MS,SHS1202X,SCP5500,SPD3000,SDS1102X HD,SSG3000X,SPS5000X 系列,SDG800,SNA6000A,SDS7000A 系列,SDG6032X,SDS5054X,SDS1202X HD,SDS3054X HD,SPD1000X 系列,SNA6134A,SDS2204X PLUS,SDS7404A H12,SDS7404A H10,F505TS,SDS7804A H10,SIGIQPRO,ANT-DA1,SDS7804A H12,SDG2122X,SSG5060X,SDS1000L 系列,SDS7000A,DPB5150A,BAG-S2,SDS5000X-RMK,SDM3065X,SNA5022A,SDM3055X-E,SDS2000X PLUS,SSA5000A,BAG-S1,SDS6054 H10 PRO,SDG7052A,SSM5324A,SPS5084X,SSA3032X PLUS,SDG1032X,RB3X25,SSA3075X-C,SDS2000X-RMK,SDS6108L H10,SDM4000A,FX-AMETH,SDG2000X,SHA860A 系列,SSG3032X-IQE,SVA1075X,SSG5085A,SDS2104X PLUS,SDS6108L H12,SNA6124A,SPS5085X,SNA5000X,SPD1168X,SDS2074X PLUS,CP6030,V26-N35FA35F-25IN,SHS810X,SSA3075X-R,SNA5000A,CP6150,SDG1022X,SHN914A,SHN926A,SSA1000X 系列,PB470,SSU5501A,SP5050A,SDS1000X-C 系列,SHN900A,SDM4065A-SC,SDS1000A 系列,SHS820X,SNA6000A 系列,SSA3000X PLUS 系列,SSG5083A,SPD1000X,STB3,SPS5051X,F503ME,SSG6087A,SDS6108 H12 PRO,SDS1102CNL+,SDG6000X 系列,N-SMA-6L,SSA3050X-R,SSA3000X PLUS,SHS800X,CP4070,CPL5100,SDS6204 H10 PRO,SDG1000X,SDS1204X HD,SDG7032A,SDS5000X 系列,SPS6000X 系列,SDL1000X-E 系列,F604TS,SPS5081X,F604TY,SSG6085A,SDS814X HD,SPD4323X,SDS1X-E-RMK,F504TS,CP4050,SVA1032X,SPA1010,SHS1000X,SDS804X HD,SPS5082X,SP2035,SDS2102X-E,SDS1074X HD,SHN920A,SDS1102A,DS2000X-E,SDS1202X-E,SDS1202X-C,SSG5000X 系列,SSG6083A,SPS5083X,SDS6000 PRO 系列,SSU5183A,SDS7304A H10,SDS2504X PLUS,SDS7304A H12,SPS5044X,SSM5122A,SDS3000X HD,SSG6000A,SPS5165X,SSU5182A,SDS1072X-E,SDS2202X-E,SHS800X 系列,SPS6000X,SPS5045X,SAG1021I,SNA5000A 系列,SDL1000X 系列,SDL1000X,DPB5700,SPD1168X-C,SP3050A,SCP5030,SDM4065A,SCP5150,SDS2352X-E,DF2001A,SSM5342A,SSG5040X-V,PP215,SSM5124A,SMA-SMA-18L,SDG1062X,SDL1000X-E,SDS1202DL+,SSU5184A,SSG6000A-RMK,SSA3075X PLUS,SPD4000X-RMK,SDG2042X,SDS6058 H10 PRO,SDS1000A,SDG1022X PLUS,SDS1000X HD 系列,SDS1000L,SDL1020X,CP4070A,SSG5040X,DPB5700A,SNA5000X 系列,SPS5161X,SDS2072X PLUS,PP510,SSM5344A,SEM5032A,SSU5503A,SP3150A,SDS1000X-E 系列,SDS3000X HD 系列,SHS1072X,SPS5162X,ASP-26,SSG5060X-V,SDM4000A 系列,SDG1032X PLUS,SPD4000X 系列,SDS1204X-E,KWR42A,SPD3000-RMK,SDS1204X-C,SHS807X,SDS6208 H10 PRO,SSU5502A,SPS5041X,N-SMA-18L,SSU5181A,SSA3021X PLUS,SHS1000X 系列,SDS2000X HD 系列,SPD3303X,SPS5163X,SSA3015X PLUS,SDS1152A,SSM5322A,SDS812X HD,SMA-SMA-26L,SYN64,SPS5042X,ANT-DA11,SDS6208L H12,SDS6108 H10 PRO,SDS6208L H10,ANT-DA13,ANT-DA12,CP6030A,SDS1074X-E,SDG6052X-E,SPS5164X,SPD3303C,SPD4306X,SSU5504A,SPS5043X

2024-06 - 鼎阳科技 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

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2023-10-12 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

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2024-10-09 - 技术探讨代理服务技术支持采购服务