MOSFET क्या है?  

   
        MOSFET का मूल अर्थ है: MOS (धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर), FET (फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर), अर्थात वह फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर जो ऑक्साइड परत (O) के माध्यम से धातु परत (M) के गेट के साथ विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से अर्धचालक (S) को नियंत्रित करता है।पावर MOSFET की संरचना

पावर MOSFET की आंतरिक संरचना और विद्युत प्रतीक चित्र में दर्शाए गए हैं। इसे NPN प्रकार और PNP प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। एनपीएन प्रकार को आमतौर पर एन-चैनल प्रकार कहा जाता है, और पीएनपी प्रकार को आमतौर पर पी-चैनल प्रकार कहा जाता है। जैसे कि चित्र से देखा जा सकता है। 1, एन-चैनल एफईटी का स्रोत और ड्रेन एन-टाइप सेमीकंडक्टर से जुड़े हैं, और पी-चैनल एफईटी का स्रोत और ड्रेन पी-टाइप सेमीकंडक्टर से जुड़े हैं। हम जानते हैं कि सामान्य ट्रायोड इनपुट करंट द्वारा आउटपुट करंट को नियंत्रित करता है। हालाँकि, FET के लिए, इसका आउटपुट करंट इनपुट वोल्टेज (या फ़ील्ड वोल्टेज) द्वारा नियंत्रित होता है। यह माना जा सकता है कि इनपुट करंट बहुत छोटा है या कोई इनपुट करंट नहीं है, जिससे डिवाइस में उच्च इनपुट प्रतिबाधा होती है, और यही कारण है कि हम इसे FET कहते हैं।

       पावर MOSFET का कार्य सिद्धांत
   
       कट-ऑफ: नाली और स्रोत के बीच सकारात्मक बिजली की आपूर्ति लागू होती है, और गेट और स्रोत के बीच वोल्टेज शून्य होता है। पी-बेस क्षेत्र और एन-बहाव क्षेत्र के बीच बना पीएन जंक्शन जे1 उल्टा है, और नाली और स्रोत के बीच कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है।

चालकता: गेट और स्रोत के बीच एक सकारात्मक वोल्टेज यूजीएस लगाया जाता है। गेट इंसुलेटेड है, इसलिए कोई गेट करंट प्रवाहित नहीं होगा। हालाँकि, गेट का सकारात्मक वोल्टेज इसके नीचे पी क्षेत्र में छिद्रों को दूर धकेल देगा, और पी क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहक और इलेक्ट्रॉनों को गेट के नीचे पी क्षेत्र की सतह पर आकर्षित करेगा।जब यूजीएस यूटी (टर्न-ऑन वोल्टेज या थ्रेशोल्ड वोल्टेज) से अधिक है, तो गेट के नीचे पी-क्षेत्र की सतह पर इलेक्ट्रॉन एकाग्रता छेद एकाग्रता से अधिक हो जाएगी, जो पी-प्रकार अर्धचालक को एन-प्रकार में बदल देगी और बन जाएगी एक उलटा परत. उलटा परत पीएन जंक्शन जे1 को गायब करने के लिए एक एन-चैनल बनाएगी, और नाली और स्रोत प्रवाहकीय होंगे।पावर MOSFET की मूल विशेषताएँ
   
          स्थैतिक विशेषताएँ:        

इसकी स्थानांतरण विशेषताएँ और आउटपुट विशेषताएँ चित्र 2 में दिखाई गई हैं।

 
 

ड्रेन करंट ID और गेट-सोर्स वोल्टेज UGS के बीच के संबंध को MOSFET का स्थानांतरण अभिलक्षणिक कहा जाता है। जब ID बड़ा होता है, तो ID और UGS के बीच का संबंध लगभग रैखिक होता है, और वक्र के ढलान को ट्रांसकंडक्टेंस Gfs के रूप में परिभाषित किया जाता है।

MOSFET के ड्रेन की VA विशेषताएँ (आउटपुट विशेषताएँ): कट-ऑफ क्षेत्र (GTR के कट-ऑफ क्षेत्र के अनुरूप); संतृप्ति क्षेत्र (जीटीआर के प्रवर्धन क्षेत्र के अनुरूप); असंतृप्त क्षेत्र (जीटीआर के संतृप्त क्षेत्र के अनुरूप)। पावर MOSFET स्विचिंग अवस्था में काम करता है, अर्थात यह कटऑफ क्षेत्र और असंतृप्त क्षेत्र के बीच आगे-पीछे स्विच करता है। ड्रेन और पावर MOSFET के स्रोत के बीच एक परजीवी डायोड होता है, और जब ड्रेन और स्रोत के बीच रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो डिवाइस चालू हो जाता है। पावर MOSFET के ऑन-स्टेट प्रतिरोध में एक सकारात्मक तापमान गुणांक होता है, जो उपकरणों को समानांतर में जोड़ने पर धारा साझा करने के लिए फायदेमंद होता है।
            गतिशील विशेषताएँ:

परीक्षण सर्किट और स्विचिंग प्रक्रिया तरंगों को चित्र 3 में दिखाया गया है।

 

टीडी(ऑन) टर्न-ऑन विलंब समय-टर्न-ऑन विलंब समय वह समय है जब गेट-सोर्स वोल्टेज गेट ड्राइविंग वोल्टेज के 10% तक बढ़ जाता है और जब लीकेज करंट निर्दिष्ट करंट के 10% तक बढ़ जाता है।ट्र राइज टाइम-राइज टाइम वह समय है जो ड्रेन करंट को 10% से 90% तक बढ़ने में लगता है। आईडी का स्थिर-अवस्था मान ड्रेन बिजली आपूर्ति वोल्टेज यूई और ड्रेन लोड प्रतिरोध द्वारा निर्धारित किया जाता है। यूजीएसपी का आकार आईडी के स्थिर-अवस्था मूल्य से संबंधित है। यूजीएस यूजीएसपी तक पहुंचने के बाद, यह स्थिर स्थिति तक पहुंचने तक अप की कार्रवाई के तहत बढ़ता रहता है, लेकिन आईडी नहीं बदला है। ??खुलने का समय टन-खुलने में देरी के समय और उठने के समय का योग।टीडी(ऑफ) टर्न-ऑफ विलंब समय-टर्न-ऑफ विलंब समय वह समय है जब गेट-सोर्स वोल्टेज गेट ड्राइविंग वोल्टेज के 90% तक गिर जाता है और जब लीकेज करंट निर्दिष्ट करंट के 90% तक गिर जाता है। यह लोड में करंट संचारित होने से पहले की देरी को दर्शाता है।टीएफ फ़ॉल टाइम- फ़ॉल टाइम वह समय है जो ड्रेन करंट को 90% से 10% तक गिरने में लगता है।टर्न-ऑफ समय टॉफ-टर्न-ऑफ विलंब समय और गिरने के समय का योग।
          MOSFET के कई सामान्य मापदंडों को समझें                
वीडीएस, अर्थात ड्रेन-सोर्स वोल्टेज, एमओएसएफईटी का एक सीमित पैरामीटर है, जो ड्रेन और एमओएसएफईटी के स्रोत के बीच अधिकतम वोल्टेज को इंगित करता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह पैरामीटर जंक्शन तापमान से संबंधित है। आमतौर पर, जंक्शन तापमान जितना अधिक होगा, अधिकतम मूल्य। आरडीएस (ऑन), ड्रेन और स्रोत का ऑन-प्रतिरोध, जो कुछ स्थितियों के तहत एमओएसएफईटी चालू होने पर ड्रेन और स्रोत के बीच ऑन-प्रतिरोध को इंगित करता है। यह पैरामीटर MOSFET जंक्शन तापमान और ड्राइविंग वोल्टेज Vgs से संबंधित है। एक निश्चित सीमा के भीतर, जंक्शन तापमान जितना अधिक होगा, आरडीएस उतना ही अधिक होगा; ड्राइविंग वोल्टेज जितना अधिक होगा, आरडीएस उतना ही छोटा होगा। क्यू, गेट चार्ज, ड्राइविंग सिग्नल की कार्रवाई के तहत गेट वोल्टेज को 0V से समाप्ति वोल्टेज (जैसे 15V) तक बढ़ाने के लिए आवश्यक चार्जिंग चार्ज है। अर्थात्, MOSFET को ऑफ अवस्था से पूर्णतः ऑन अवस्था तक जो चार्ज प्रदान करने की आवश्यकता होती है, वह MOSFET ड्राइविंग सर्किट की ड्राइविंग क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक मुख्य पैरामीटर है। आईडी, ड्रेन करंट और ड्रेन करंट का वर्णन आमतौर पर कई अलग-अलग तरीकों से किया जाता है। कार्यशील धारा के रूप के अनुसार, एक निश्चित पल्स चौड़ाई के साथ निरंतर नाली धारा और स्पंदित नाली धारा होती है। यह पैरामीटर MOSFET का एक सीमा पैरामीटर भी है, लेकिन इस अधिकतम धारा मान का अर्थ यह नहीं है कि संचालन के दौरान ड्रेन धारा इस मान तक पहुंच सकती है। इसका मतलब यह है कि जब शेल तापमान एक निश्चित मूल्य पर होता है, यदि MOSFET कार्यशील धारा उपर्युक्त अधिकतम नाली धारा है, तो जंक्शन तापमान अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाएगा। तो यह पैरामीटर डिवाइस पैकेज और परिवेश के तापमान से भी संबंधित है। Eoss, आउटपुट क्षमता ऊर्जा, आउटपुट संधारित्र Coss द्वारा MOSFET में संग्रहीत ऊर्जा को इंगित करता है। क्योंकि MOSFET की आउटपुट कैपेसिटेंस Coss में स्पष्ट अरैखिक विशेषताएं होती हैं, यह Vds वोल्टेज के परिवर्तन के साथ बदलती है। इसलिए, यदि डेटाशीट यह पैरामीटर प्रदान करता है, तो यह MOSFET के स्विचिंग नुकसान का मूल्यांकन करने में बहुत मददगार है। सभी MOSFET मैनुअल यह पैरामीटर प्रदान नहीं करते हैं, वास्तव में, अधिकांश डेटाशीट भी ऐसा नहीं करते हैं। बॉडी डायोड di/dt बॉडी डायोड की वर्तमान परिवर्तन दर MOSFET बॉडी डायोड की रिवर्स रिकवरी विशेषताओं को दर्शाती है। चूँकि डायोड एक द्विध्रुवीय उपकरण है, इसलिए यह आवेश भंडारण से प्रभावित होता है। जब डायोड को पश्च बायसित किया जाता है, तो PN जंक्शन में संग्रहीत आवेश को साफ़ करना आवश्यक होता है। उपरोक्त पैरामीटर इस विशेषता को दर्शाते हैं। गेट और स्रोत का अधिकतम ड्राइविंग वोल्टेज Vg, जो MOSFET का एक सीमा पैरामीटर भी है, MOSFET द्वारा सहन किए जा सकने वाले अधिकतम ड्राइविंग वोल्टेज को दर्शाता है। एक बार ड्राइविंग वोल्टेज इस सीमा से अधिक हो जाने पर, यह बहुत कम समय में भी गेट ऑक्साइड परत को स्थायी क्षति पहुँचा सकता है। सामान्यतया, जब तक ड्राइविंग वोल्टेज सीमा से अधिक नहीं होता, तब तक कोई समस्या नहीं होगी। हालाँकि, कुछ विशेष अवसरों में, परजीवी मापदंडों के अस्तित्व के कारण, इसका वीजीएस वोल्टेज पर अप्रत्याशित प्रभाव पड़ेगा, जिस पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है। SOA, सुरक्षित कार्य क्षेत्र, प्रत्येक MOSFET अपना सुरक्षित कार्य क्षेत्र प्रदान करेगा। विभिन्न द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर और पावर MOSFET द्वितीयक विखंडन नहीं दिखाएँगे, इसलिए सुरक्षित कार्य क्षेत्र को केवल उस अपव्ययित शक्ति से परिभाषित किया जाता है जब जंक्शन तापमान अधिकतम स्वीकार्य मान तक पहुँच जाता है।           
          पावर MOSFET का चयन सिद्धांत          MOSFET मापदंडों के महत्व को जानते हुए, निर्माता के उत्पाद मैनुअल के अनुसार अपनी आवश्यकताओं को पूरा करने वाले उत्पादों का चयन कैसे करें? सही MOSFET चुनने के लिए चार चरण हैं।1) चैनल चयन डिज़ाइन के लिए सही उपकरण चुनने में पहला कदम यह तय करना है कि N-चैनल या P-चैनल MOSFET का उपयोग किया जाए। सामान्य विद्युत अनुप्रयोगों में, जब MOSFET को ग्राउंड किया जाता है और लोड को मुख्य वोल्टेज से जोड़ा जाता है, तो MOSFET एक निम्न-वोल्टेज साइड स्विच का निर्माण करता है। निम्न-वोल्टेज साइड स्विच में, एन-चैनल MOSFET का उपयोग किया जाना चाहिए क्योंकि डिवाइस को बंद या चालू करने के लिए आवश्यक वोल्टेज पर विचार किया जाना चाहिए। जब MOSFET को बस से जोड़ा जाता है और लोड को ग्राउंड किया जाता है, तो उच्च-वोल्टेज साइड स्विच का उपयोग किया जाता है। इस टोपोलॉजी में आमतौर पर पी-चैनल MOSFET का उपयोग किया जाता है, जो वोल्टेज ड्राइविंग के विचार के कारण भी होता है। 2) वोल्टेज और करंट का चयन रेटेड वोल्टेज जितना अधिक होगा, डिवाइस की लागत उतनी ही अधिक होगी। व्यावहारिक अनुभव के अनुसार, रेटेड वोल्टेज मुख्य वोल्टेज या बस वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। केवल इसी तरीके से पर्याप्त सुरक्षा प्रदान की जा सकती है ताकि MOSFET विफल न हो। जहाँ तक MOSFET के चयन का प्रश्न है, ड्रेन और स्रोत के बीच अधिकतम वोल्टेज, यानी अधिकतम VDS, निर्धारित करना आवश्यक है। डिज़ाइन इंजीनियरों को जिन अन्य सुरक्षा कारकों पर विचार करना चाहिए, उनमें मोटर या ट्रांसफ़ॉर्मर जैसे स्विचिंग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा प्रेरित वोल्टेज क्षणिकताएँ शामिल हैं। विभिन्न अनुप्रयोगों का रेटेड वोल्टेज भी भिन्न होता है; आमतौर पर, पोर्टेबल डिवाइस 20V है, FPGA बिजली की आपूर्ति 20 ~ 30V है, और 85 ~ 220VAC अनुप्रयोग 450 ~ 600V V है। निरंतर चालन मोड में, MOSFET एक स्थिर स्थिति में है, और वर्तमान लगातार डिवाइस से गुजरता है। पल्स स्पाइक डिवाइस के माध्यम से बहने वाली बड़ी मात्रा में उछाल (या स्पाइक करंट) को संदर्भित करता है। एक बार जब इन परिस्थितियों में अधिकतम धारा निर्धारित हो जाती है, तो सीधे उस उपकरण का चयन करना आवश्यक होता है जो इस अधिकतम धारा का सामना कर सके। ?3) चालन हानि की गणना MOSFET उपकरणों की शक्ति हानि की गणना Iload2× द्वारा की जा सकती है आरडीएस (ओएन) गणना के अनुसार, चूंकि तापमान के साथ ऑन-प्रतिरोध बदलता है, इसलिए बिजली की खपत भी आनुपातिक रूप से बदल जाएगी। पोर्टेबल डिज़ाइन के लिए, कम वोल्टेज का उपयोग करना आसान (अधिक सामान्य) है, जबकि औद्योगिक डिज़ाइन के लिए, उच्च वोल्टेज का उपयोग किया जा सकता है। ध्यान दें कि RDS(ON) प्रतिरोध करंट के साथ थोड़ा बढ़ जाएगा। आरडीएस (ओएन) प्रतिरोध के विभिन्न विद्युत मापदंडों में परिवर्तन निर्माता द्वारा प्रदान की गई तकनीकी डेटा शीट में पाया जा सकता है। 4) कंप्यूटिंग सिस्टम की गर्मी अपव्यय के लिए डिजाइनर को दो अलग-अलग स्थितियों, अर्थात् सबसे खराब स्थिति और वास्तविक स्थिति पर विचार करने की आवश्यकता होती है। सबसे खराब स्थिति के लिए गणना परिणाम को अपनाने की सिफारिश की जाती है, क्योंकि यह परिणाम एक बड़ा सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है और यह सुनिश्चित कर सकता है कि सिस्टम विफल नहीं होगा। MOSFET डेटा शीट में कुछ माप डेटा हैं जिन पर ध्यान देने की आवश्यकता है; जैसे कि पैकेज्ड डिवाइस के सेमीकंडक्टर जंक्शन और पर्यावरण के बीच थर्मल प्रतिरोध और अधिकतम जंक्शन तापमान। वास्तव में, स्विचिंग लॉस भी एक बहुत महत्वपूर्ण सूचकांक है। तात्कालिक वोल्टेज-वर्तमान उत्पाद काफी बड़ा है, जो कुछ हद तक डिवाइस के स्विचिंग प्रदर्शन को निर्धारित करता है। हालाँकि, यदि सिस्टम को उच्च स्विचिंग प्रदर्शन की आवश्यकता है, तो कम गेट चार्ज QG वाले पावर MOSFET का चयन किया जा सकता है।

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