【導讀】在上一篇文章中，談到了與電機驅動(dòng)器IC輸出電流有關(guān)的絕對最大額定值和推薦工作條件。在本文中，一起來(lái)了解要想確保電機驅動(dòng)器IC的壽命并安全地使用，不僅僅需要考慮電機驅動(dòng)器IC輸出電流的額定值，還需要考慮到電機驅動(dòng)器IC的“降額”。
電機驅動(dòng)器的輸出電流規格值
下表與上一篇“電機驅動(dòng)器的絕對最大額定值”中給出的表相同。該電機驅動(dòng)器IC為H橋結構的功率MOSFET內置型IC。在這些條件中，雖然輸出電流的最大額定值為3A，但是將推薦的2.4A作為最大輸出電流，在該條件下只要使用溫度不超過(guò)Tjmax=150℃就沒(méi)問(wèn)題，這一點(diǎn)應該是可以理解的。
工作溫度高會(huì )縮短使用壽命
實(shí)際上，只要在遵守推薦工作條件的前提下使用，基本上沒(méi)有問(wèn)題，但是晶體管和IC等半導體元器件的可靠性（工作壽命）會(huì )因工作條件而有所不同。MTBF和FIT是表示可靠性的指標，在推算這些指數時(shí)，溫度是決定推算所用的速率常數的主要因素之一。簡(jiǎn)而言之，溫度越高，速度越快，劣化越早，壽命越短，即可靠性降低。
關(guān)于部件和材料的壽命，有一個(gè)經(jīng)驗法則叫做“10℃加倍法則（10℃減半法則）”。根據該法則，當溫度升高（降低）10℃時(shí)，壽命將減半（翻倍），這是基于可以計算可靠性相關(guān)的速率常數的阿倫尼烏斯定律得出的結論。對于需要對壽命進(jìn)行充分考慮的鋁電解電容器來(lái)說(shuō)，當其壽命標為“105℃/2000小時(shí)”時(shí)，相差10℃壽命會(huì )減半（加倍）的情況是的確如此的。
因此半導體的使用壽命比電容器長(cháng)得多，可能不太容易理解，但是基本上是同一個(gè)道理。除了溫度以外，與速率常數有關(guān)的因素還有濕度和化學(xué)反應。拋開(kāi)倍率不談，可以認為只要條件越嚴苛，壽命就會(huì )越短。
需要通過(guò)降額來(lái)確?？煽啃院桶踩?/div>
“降額”是指相對于額定值留有一定的余量。降額不僅適用于溫度，還適用于耐壓等。在上面的示例中，雖然驅動(dòng)器可以連續流過(guò)2.4A的電流，但是可以采取不在Tj=150℃的極限條件下使用，而是控制在比如電流2A以?xún)龋ń?jīng)過(guò)熱計算后）、環(huán)境溫度Ta保持在60℃以下的措施。這不僅關(guān)系到可靠性，還與安全性息息相關(guān)。
特別是對于功率元器件和電機驅動(dòng)器而言，從安全角度出發(fā)，輸出段晶體管是否在安全工作區（SOA：Safety Operation Area，或ASO：Area of Safety Operation）范圍內工作是非常重要的因素。
在上面的示例中，是內置有四個(gè)MOSFET的H橋電機驅動(dòng)器IC，因此不是單獨考慮晶體管，而是需要作為IC整體來(lái)考慮，需要在不超過(guò)IC的額定值、封裝容許損耗（PD）、最終不超過(guò)Tjmax的條件下留有余量即降額。但在使用控制器型電機驅動(dòng)器IC通過(guò)外置的方式組成H橋時(shí)，選擇和評估晶體管時(shí)必須考慮安全工作區。
安全工作區（SOA、ASO）
下圖為MOSFET的安全工作區特性圖示例。安全工作區位于藍色曲線(xiàn)的內側（電壓和電流較小一側的區域）。
安全工作區簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是在VDS和ID的額定值內側，但需要加上容許損耗（熱）和二次擊穿（Second Breakdown）*1的限制。另外，還涉及到MOSFET的導通電阻帶來(lái)的限制（當VDS低時(shí)，根據歐姆定律，ID不會(huì )達到額定值），不過(guò)在此圖中省略了這部分限制（具體請參考這里）。
①：受VDS額定值限制。在該例中為20V。
④：受ID額定值限制。在該例中為2A。
③：雖在VDS額定值和ID額定值的內側，但受容許損耗（熱）限制。是發(fā)熱量（VDS×ID×封裝熱阻）+Ta=Tj超過(guò)Tjmax時(shí)的邊界。
②：受二次擊穿*1限制。如果超過(guò)該值，就可能會(huì )引發(fā)熱失控，從而導致劣化或損壞。
要想確認電機驅動(dòng)器IC是否在安全工作區范圍內，就需要測量電機驅動(dòng)器IC實(shí)際的電壓和電流。對于電機驅動(dòng)器IC而言，需要注意的是，由于線(xiàn)圈是感性負載，在電壓和電流之間存在相位差，因此需要在此前提下確認電壓（VDS）和電流（ID）。
*1：“二次擊穿”原本是表示熱失控狀態(tài)（當雙極晶體管進(jìn)入高電壓大電流工作區時(shí)，出現電流集中現象，產(chǎn)生熱點(diǎn)且阻抗下降，進(jìn)而電流增加的狀態(tài)）的術(shù)語(yǔ)，嚴格來(lái)講并不是針對MOSFET的術(shù)語(yǔ)。
但是，由于在MOSFET中也會(huì )產(chǎn)生熱失控的狀態(tài)（因熱量導致柵極閾值電壓和溝道電阻下降，從而導致電流增加，進(jìn)而溫度上升、電流進(jìn)一步增加的狀態(tài)），在MOSFET領(lǐng)域中，將這種狀態(tài)表述為 “二次擊穿”的情況并不在少數，因此本文使用了“二次擊穿”這一術(shù)語(yǔ)。
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