1. एमओएस ट्यूब का प्रकार और संरचना

MOSFET एक प्रकार का FET है (दूसरा JFET है), जिसे एन्हांसमेंट मोड या डिप्लेशन मोड, P-चैनल या N-चैनल, कुल 4 प्रकारों में बनाया जा सकता है, लेकिन वास्तव में केवल एन्हांसमेंट-मोड N-चैनल MOS ट्यूब और एन्हांस्ड P-चैनल MOS ट्यूब का ही उपयोग किया जाता है, इसलिए NMOS का आमतौर पर उल्लेख किया जाता है, या PMOS इन दोनों को संदर्भित करता है।

जहाँ तक कमी-प्रकार के एमओएस ट्यूबों का उपयोग न करने का सवाल है, तो इसकी तह तक जाने की अनुशंसा नहीं की जाती है।

इन दो उन्नत एमओएस ट्यूबों के लिए, एनएमओएस का अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है। इसका कारण यह है कि ऑन-रेज़िस्टेंस छोटा है और निर्माण में आसान है। इसलिए, स्विचिंग बिजली आपूर्ति और मोटर ड्राइव के अनुप्रयोग में, एनएमओएस का उपयोग आम तौर पर किया जाता है। निम्नलिखित परिचय में, NMOS का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है।

एमओएस ट्यूब के तीन पिनों के बीच परजीवी कैपेसिटेंस है, जिसकी हमें आवश्यकता नहीं है, लेकिन यह विनिर्माण प्रक्रिया की सीमा के कारण होता है। परजीवी कैपेसिटेंस का अस्तित्व ड्राइविंग सर्किट को डिजाइन या चयन करने में अधिक परेशानी पैदा करता है, लेकिन इससे बचने का कोई तरीका नहीं है, जिसे बाद में विस्तार से वर्णित किया जाएगा।

एमओएस ट्यूब के योजनाबद्ध आरेख में देखा जा सकता है कि ड्रेन और स्रोत के बीच एक परजीवी डायोड होता है। इसे बॉडी डायोड कहते हैं और यह किसी प्रेरक भार (जैसे मोटर) को चलाते समय बहुत महत्वपूर्ण होता है। वैसे, बॉडी डायोड केवल एक ही एमओएस ट्रांजिस्टर में होता है, और आमतौर पर एकीकृत परिपथ चिप के अंदर मौजूद नहीं होता है।

2. एमओएस ट्यूब चालन विशेषताएँ

चालन का अर्थ है एक स्विच के रूप में कार्य करना, जो स्विच को बंद करने के बराबर है।

एनएमओएस की विशेषताओं के अनुसार, यदि वीजीएस एक निश्चित मूल्य से बड़ा है, तो इसे चालू कर दिया जाएगा। यह उस स्थिति के लिए उपयुक्त है जब स्रोत ग्राउंडेड (लो-एंड ड्राइव) हो, जब तक कि गेट वोल्टेज 4V या 10V तक पहुंच जाए।

पीएमओएस की विशेषताएं, वीजीएस एक निश्चित मूल्य से कम चालू हो जाएगा, उस स्थिति के लिए उपयुक्त जब स्रोत वीसीसी (हाई-एंड ड्राइव) से जुड़ा हो। हालाँकि, हालाँकि PMOS को आसानी से हाई-एंड ड्राइव के रूप में उपयोग किया जा सकता है, NMOS का उपयोग आमतौर पर इसके बड़े प्रतिरोध, उच्च कीमत और कुछ प्रतिस्थापन प्रकारों के कारण हाई-एंड ड्राइव में किया जाता है।

3. एमओएस स्विच ट्यूब हानि

चाहे एनएमओएस हो या पीएमओएस, चालू होने पर एक ऑन-प्रतिरोध होता है, जिससे धारा इस प्रतिरोध पर ऊर्जा की खपत करेगी, और खपत की गई ऊर्जा के इस भाग को चालन हानि कहते हैं। कम ऑन-प्रतिरोध वाली एमओएस ट्यूब चुनने से चालन हानि कम होगी। वर्तमान कम-शक्ति वाली एमओएस ट्यूब का ऑन-प्रतिरोध आम तौर पर लगभग दसियों मिलीओम होता है, और कुछ मिलीओम भी होते हैं।

जब एमओएस चालू और बंद होता है, तो इसे एक पल में पूरा नहीं किया जाना चाहिए। एमओएस के दोनों सिरों पर वोल्टेज में गिरावट की प्रक्रिया होती है, और प्रवाहित धारा में वृद्धि की प्रक्रिया होती है। इस समय के दौरान, एमओएस ट्यूब का नुकसान वोल्टेज और करंट का उत्पाद होता है, जिसे स्विचिंग लॉस कहा जाता है। आमतौर पर स्विचिंग हानियां चालन हानियों से कहीं अधिक बड़ी होती हैं, और स्विचिंग आवृत्ति जितनी तेज़ होगी, हानियां उतनी ही अधिक होंगी।

टर्न-ऑन के समय वोल्टेज और करंट का उत्पाद बहुत बड़ा होता है, और इससे होने वाला नुकसान भी बहुत बड़ा होता है। स्विचिंग समय को छोटा करने से प्रत्येक टर्न-ऑन पर होने वाले नुकसान को कम किया जा सकता है; स्विचिंग आवृत्ति को कम करने से प्रति यूनिट समय स्विचिंग की संख्या कम हो सकती है। दोनों दृष्टिकोण स्विचिंग घाटे को कम कर सकते हैं।

4. एमओएस ट्यूब ड्राइवर

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की तुलना में, आमतौर पर यह माना जाता है कि एमओएस ट्यूब को चालू करने के लिए किसी करंट की आवश्यकता नहीं होती है, जब तक कि जीएस वोल्टेज एक निश्चित मूल्य से अधिक है, यह पर्याप्त है। यह करना आसान है, लेकिन हमें गति की भी आवश्यकता है।

एमओएस ट्यूब की संरचना में यह देखा जा सकता है कि जीएस और जीडी के बीच एक परजीवी कैपेसिटेंस है, और एमओएस ट्यूब की ड्राइविंग वास्तव में कैपेसिटर की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग है। कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए करंट की आवश्यकता होती है, क्योंकि कैपेसिटर को चार्ज करने के समय कैपेसिटर को शॉर्ट सर्किट माना जा सकता है, इसलिए तात्कालिक करंट अपेक्षाकृत बड़ा होगा। एमओएस ट्यूब ड्राइवर का चयन/डिज़ाइन करते समय ध्यान देने वाली पहली बात तात्कालिक शॉर्ट-सर्किट करंट की मात्रा है जो प्रदान की जा सकती है।

ध्यान देने वाली दूसरी बात यह है कि एनएमओएस, जो आम तौर पर हाई-साइड ड्राइविंग के लिए उपयोग किया जाता है, को तब चालू करने की आवश्यकता होती है जब गेट वोल्टेज स्रोत वोल्टेज से अधिक हो। हाई-साइड संचालित एमओएस ट्रांजिस्टर का स्रोत वोल्टेज चालू होने पर ड्रेन वोल्टेज (वीसीसी) के समान होता है, इसलिए इस समय गेट वोल्टेज वीसीसी से 4V या 10V बड़ा होता है। यदि उसी प्रणाली में, वीसीसी से बड़ा वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, एक विशेष बूस्ट सर्किट की आवश्यकता होती है। कई मोटर चालक एक चार्ज पंप को एकीकृत करते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एमओएस ट्यूब को चलाने के लिए पर्याप्त शॉर्ट-सर्किट करंट प्राप्त करने के लिए एक उपयुक्त बाहरी संधारित्र का चयन किया जाना चाहिए।

ऊपर उल्लिखित 4V या 10V आमतौर पर उपयोग की जाने वाली MOS ट्यूब का टर्न-ऑन वोल्टेज है, और निश्चित रूप से डिज़ाइन में एक निश्चित मार्जिन की आवश्यकता होती है। और वोल्टेज जितना अधिक होगा, टर्न-ऑन गति उतनी ही तेज़ होगी और ऑन-प्रतिरोध उतना ही कम होगा। अब विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले छोटे टर्न-ऑन वोल्टेज वाले एमओएस ट्यूब भी हैं, लेकिन 12 वी ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में, आमतौर पर 4 वी चालन पर्याप्त है।

एमओएस ट्यूब के ड्राइव सर्किट और उसके नुकसान के लिए, आप माइक्रोचिप के AN799MatchingMOSFETDriverstoMOSFETs को देख सकते हैं। यह बहुत विस्तृत है, इसलिए मैं इस पर और लिखने की योजना नहीं बना रहा हूँ।

5. एमओएस ट्यूब एप्लीकेशन सर्किट

एमओएस ट्यूबों की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता उनकी अच्छी स्विचिंग विशेषताएँ हैं, इसलिए इन्हें उन सर्किटों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है जिनके लिए इलेक्ट्रॉनिक स्विच की आवश्यकता होती है, जैसे स्विचिंग बिजली की आपूर्ति और मोटर ड्राइव।

5 सामान्यतः प्रयुक्त स्विचिंग पावर सप्लाई MOSFET ड्राइविंग सर्किट का विश्लेषण

स्विचिंग पावर सप्लाई डिज़ाइन करने के लिए MOSFET का उपयोग करते समय, अधिकांश लोग MOSFET के ऑन-रेज़िस्टेंस, अधिकतम वोल्टेज और अधिकतम करंट को ध्यान में रखते हैं। लेकिन कई मामलों में, केवल इन्हीं कारकों पर विचार किया जाता है। ऐसा सर्किट सामान्य रूप से काम कर सकता है, लेकिन यह एक अच्छा डिज़ाइन समाधान नहीं है। अधिक विस्तृत रूप से, MOSFET को अपने स्वयं के परजीवी मापदंडों पर भी विचार करना चाहिए। किसी विशिष्ट MOSFET के लिए, उसका ड्राइविंग सर्किट, ड्राइविंग पिन द्वारा आउटपुट किया गया पीक करंट, बढ़ती दर आदि, MOSFET के स्विचिंग प्रदर्शन को प्रभावित करेंगे।

जब पावर आईसी और एमओएस ट्यूब का चयन किया जाता है, तो पावर आईसी और एमओएस ट्यूब को जोड़ने के लिए उपयुक्त ड्राइविंग सर्किट का चयन करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है।

एक अच्छे MOSFET ड्राइवर सर्किट की निम्नलिखित आवश्यकताएं हैं:

(1) जब स्विच चालू होता है, तो ड्राइव सर्किट को MOSFET के गेट और स्रोत के बीच वोल्टेज को आवश्यक मूल्य तक तेजी से बढ़ाने के लिए पर्याप्त रूप से बड़ा चार्जिंग करंट प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि स्विच को जल्दी से चालू किया जा सके और बढ़ते किनारे का कोई उच्च-आवृत्ति दोलन न हो।

(2) ड्राइव सर्किट यह सुनिश्चित कर सकता है कि गेट और MOSFET के स्रोत के बीच वोल्टेज स्विच-ऑन अवधि के दौरान स्थिर और विश्वसनीय रूप से चालू रहे।

(3) टर्न-ऑफ के क्षण में ड्राइव सर्किट गेट और MOSFET के स्रोत के बीच संधारित्र वोल्टेज के तेजी से निर्वहन के लिए सबसे कम संभव प्रतिबाधा के साथ एक पथ प्रदान कर सकता है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि स्विच ट्यूब को जल्दी से बंद किया जा सके।

(4) ड्राइविंग सर्किट की संरचना सरल और विश्वसनीय है, और नुकसान छोटा है।

(5) स्थिति के अनुसार अलगाव लागू करें।

क्या MOS ट्यूब और IGBT ड्राइव सर्किट वोल्टेज या करंट चलाते हैं?

एमओएस ट्यूब और आईडीबीटी दोनों वोल्टेज-संचालित घटक हैं। यानी गेट वोल्टेज ड्रेन या कलेक्टर करंट को नियंत्रित करता है।