線性模式應(yīng)用如A類音頻放大器、主動(dòng)直流鏈接放電、電池充放電、電流突入限制器、低壓直流電機(jī)控制或電子負(fù)載等，要求功率mosfet在電流飽和區(qū)域內(nèi)工作。標(biāo)準(zhǔn)MOSFET在用于線性模式應(yīng)用時(shí)容易發(fā)生電熱不穩(wěn)定(ETI)，可能導(dǎo)致器件損壞。線性MOSFET是線性模式應(yīng)用最合適的選擇，以確保可靠的操作。

　　什么是線性模式操作及其必要性

　　功率MOSFET的輸出特性可以分為三個(gè)不同的區(qū)域，即歐姆區(qū)域、非線性區(qū)域和飽和或主動(dòng)區(qū)域，如圖1所示。在歐姆區(qū)域中，對(duì)于給定的柵源電壓VGS，漏電流ID與漏源電壓VDS成正比。在這種工作模式下，MOSFET表現(xiàn)得像一個(gè)電阻，其值等于其導(dǎo)通狀態(tài)電阻RDS(ON)。在非線性區(qū)域，MOSFET的電阻表現(xiàn)出非線性，ID隨VDS增加的速率減緩。在主動(dòng)區(qū)域，MOSFET的通道被主要載流子飽和。在該區(qū)域，ID與VDS無關(guān)，僅由VGS決定，并且在任何給定的VDS下保持不變。換句話說，MOSFET表現(xiàn)為一個(gè)恒定電流源。這種操作模式通常被稱為功率MOSFET的線性操作模式。在這種操作模式下，由于高電壓和電流的同時(shí)存在，MOSFET通常會(huì)消耗比更常見的開關(guān)模式應(yīng)用更高的功率水平。

　　為什么標(biāo)準(zhǔn)MOSFET不適合線性模式操作

　　在實(shí)際應(yīng)用中，功率MOSFET芯片的結(jié)溫Tvj并不均勻。通常，在MOSFET芯片的邊緣，即焊接到功率封裝的安裝片上的地方，溫度低于芯片的中心。這是由于橫向熱流的結(jié)果。在開關(guān)模式操作中，芯片溫度的變化大多數(shù)是無害的。然而，這些變化可能在線性模式操作中引發(fā)災(zāi)難性的故障。線性模式下的大功率耗散PD在發(fā)熱量生成速率高于耗散速率時(shí)會(huì)導(dǎo)致電熱不穩(wěn)定(ETI)。ETI可以理解為在被迫進(jìn)入線性模式操作的功率MOSFET表面發(fā)生的正反饋破壞機(jī)制的結(jié)果：

　　結(jié)溫Tvj局部升高

　　芯片溫度升高導(dǎo)致柵閾電壓VGSTH局部降低，因?yàn)槠湄?fù)溫度系數(shù)

　　降低的閾值電壓導(dǎo)致局部電流密度JDS增加

　　電流密度的增加導(dǎo)致局部功率耗散增加，進(jìn)而導(dǎo)致局部結(jié)溫進(jìn)一步升高

　　如圖2所示，MOSFET等效電路包含寄生NPN晶體管，該晶體管是通過n型和p型摻雜區(qū)域的序列固有形成的。根據(jù)功率脈沖的持續(xù)時(shí)間、熱傳遞條件和MOSFET單元的設(shè)計(jì)，ETI可能導(dǎo)致所有漏電流集中到一個(gè)電流絲中，形成熱點(diǎn)。這通常導(dǎo)致受影響區(qū)域的MOSFET單元失去柵控制，開啟寄生晶體管，導(dǎo)致器件的后續(xù)損壞。

　　FBSOA比較：標(biāo)準(zhǔn)MOSFET與線性MOSFET

　　前向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)是定義最大允許工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)表特性指標(biāo)(FOM)。為了安全操作，MOSFET必須在FBSOA的限制內(nèi)工作。典型的FBSOA特性由RDS(ON)限制線、電流限制線、功率限制線和電壓限制線所界定，如圖3所示。通過比較標(biāo)準(zhǔn)MOSFET和線性MOSFET的數(shù)據(jù)表，可以明顯看出，線性MOSFET展示了擴(kuò)展的FBSOA，這意味著其最大功率處理點(diǎn)在任何給定脈沖寬度下都向電壓限制線移動(dòng)，如圖3所示。

線性模式操作的典型特性要求器件有較高的功率耗散。通過比較兩個(gè)FBSOA，可以明顯看出，線性MOSFET在25μs、100μs、1ms、10ms脈沖寬度和連續(xù)工作(DC)情況下，分別能夠處理比標(biāo)準(zhǔn)MOSFET高出24%、31%、48%、73%和118%的功率。因此，線性MOSFET比標(biāo)準(zhǔn)MOSFET更適合線性模式應(yīng)用。

　　結(jié)論

　　線性模式應(yīng)用要求功率MOSFET在電流飽和區(qū)域內(nèi)工作。標(biāo)準(zhǔn)MOSFET在用于線性模式應(yīng)用時(shí)容易發(fā)生ETI，導(dǎo)致可能的器件損壞。線性MOSFET是線性模式應(yīng)用的最合適解決方案，以確保可靠操作。

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