1. परिचय

MOSFETs चार अलग अलग प्रकार में आते हैं। वे वृद्धि या कमी मोड में हो सकता है, और वे एन चैनल या पी-चैनल हो सकता है। हम केवल एन चैनल वृद्धि मोड MOSFETs में रुचि रखते हैं, और ये केवल लोगों को अब से इस बारे में बात की जाएगी। वहाँ भी तर्क-स्तर MOSFETs और सामान्य MOSFETs हैं। हम किसी भी प्रकार का उपयोग कर सकते हैं।

स्रोत टर्मिनल सामान्य रूप से नकारात्मक है, और नाली सकारात्मक एक (नाम स्रोत और इलेक्ट्रॉनों की नाली को देखें) है। आरेख ऊपर एक डायोड MOSFET भर में जुड़े पता चलता है। इस डायोड, "आंतरिक डायोड" कहा जाता है क्योंकि यह MOSFET के सिलिकॉन संरचना में बनाया गया है। यह जिस तरह से सत्ता MOSFETs सिलिकॉन की परतों में बनाया जाता है का परिणाम है, और बहुत उपयोगी हो सकता है। सबसे MOSFET आर्किटेक्चर में, यह अपने आप में MOSFET के रूप में ही वर्तमान में दर्जा दिया है।

2। एक MOSFET का चयन।

MOSFETs के मापदंडों की जांच करने के लिए, यह एक नमूना पत्रक सौंपने के लिए है करने के लिए उपयोगी है। क्लिक करें यहाँ उत्पन्न करें अंतरराष्ट्रीय शुद्ध IRF3205 है, जो हम करने के लिए चर्चा करते हुए किया जाएगा के लिए एक पत्रक खोलने के लिए। पहले हम मुख्य मापदंडों कि हम साथ काम किया जाएगा से कुछ के माध्यम से जाना चाहिए।

2.1। MOSFET पैरामीटर्स

प्रतिरोध करने पर, आर_{डीएस (पर)।}
इस स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच प्रतिरोध जब MOSFET पूरी तरह से चालू है।

अधिकतम नाली वर्तमान, मैं_{डी (एमएx).}
यह अधिकतम वर्तमान है कि MOSFET नाली से गुजर स्रोत के लिए खड़े हो सकते हैं। यह काफी हद तक पैकेज और Rds (पर) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

बिजली अपव्यय, पी_d.
इस MOSFET है, जो काफी हद तक पैकेज के प्रकार उस में है पर निर्भर करता है की अधिकतम सत्ता संभालने की क्षमता है।

रैखिक स्थानीय कर से मुक्ति कारक है।
यह कितना अधिकतम शक्ति का अपव्यय पैरामीटर ऊपर, डिग्री सेल्सियस बढ़कर कम किया जाना चाहिए तापमान 25ºC से ऊपर उठकर रूप में है।

हिमस्खलन ऊर्जा ई_A
यह कितनी ऊर्जा MOSFET हिमस्खलन की शर्तों के तहत सामना कर सकते है। हिमस्खलन तब होता है जब अधिकतम नाली के लिए स्रोत वोल्टेज से अधिक हो गई है, और वर्तमान MOSFET के माध्यम से हो जाती है। इस हिमस्खलन में ऊर्जा (बिजली एक्स समय) के रूप में के रूप में लंबे समय तक स्थायी नुकसान का कारण नहीं है अधिकतम से अधिक नहीं है।

पीक डायोड वसूली, डीवी / डीटी
यह कितनी तेजी से आंतरिक डायोड (संचालन) राज्य पर बंद करने के लिए राज्य (पक्षपातपूर्ण रिवर्स) से जाना जा सकता है। यह कितना वोल्टेज इसे भर में था इससे पहले कि यह चालू पर निर्भर करता है। इसलिए समय ले लिया, टी = (रिवर्स वोल्टेज / पीक डायोड वसूली)।

Dवर्षा-से-स्रोत ब्रेकडाउन वोल्टेज, वी_DSS.
यह अधिकतम वोल्टेज है कि नाली से स्रोत के लिए रखा जा सकता है जब MOSFET बंद कर दिया जाता है।

थर्मल प्रतिरोध, θ_jc.
थर्मल प्रतिरोध के बारे में अधिक जानकारी के लिए, heatsinks अध्याय देखें।

गेट थ्रेसहोल्ड वोल्टेज, वी_{जीएस (ध)}
यह फाटक और स्रोत टर्मिनलों के बीच की आवश्यकता पर MOSFET चालू करने के लिए कम से कम वोल्टेज है। यह इसे चालू करने पर पूरी तरह से इस से भी अधिक की आवश्यकता होगी।

फॉरवर्ड ट्रांसकनेक्टेंस, जी_fs
बुलावे के स्रोत वोल्टेज के रूप में बढ़ जाती है, जब MOSFET बस पर बारी करने के लिए शुरू कर रहा है, यह वीजीएस और नाली वर्तमान के बीच एक काफी रैखिक संबंध नहीं है। यह पैरामीटर बस इस रैखिक खंड में (क्रमांक / वीजीएस) है।

इनपुट कैपेसिटी, सी_{आईएसएस}
यह गेट टर्मिनल और स्रोत और नाली टर्मिनलों के बीच lumped समाई है। नाली समाई सबसे महत्वपूर्ण है।

वहाँ अंतरराष्ट्रीय शुद्ध एक्रोबेट (पीडीएफ) दस्तावेज़ में MOSFETs के लिए एक अधिक विस्तृत परिचय है पावर MOSFET मूल बातें. यह बताता है कि MOSFET के निर्माण के संदर्भ में कुछ पैरामीटर कहाँ से आते हैं।

2.2। विकल्प बनाना

बिजली और गर्मी

शक्ति है कि MOSFET के साथ संघर्ष करना होगा प्रमुख निर्णय लेने से कारकों में से एक है। बिजली एक MOSFET में व्यस्त वर्तमान के माध्यम से जा रहे बार इसे भर में वोल्टेज है। (- MOSFET पर है स्विच बंद कर दिया जाता है), या वर्तमान के माध्यम से यह बहुत छोटा है (स्विच खुला है जा रहा - हालांकि यह बिजली की बड़ी मात्रा स्विचन है, यह काफी छोटा है, क्योंकि या तो इसे भर में वोल्टेज बहुत छोटा है होना चाहिए MOSFET है बंद)। MOSFET जब उस पर है भर में वोल्टेज MOSFET के प्रतिरोध होगा, आरडीएस (पर) बार वर्तमान में यह पूरी तरह से चल रहा है। यह प्रतिरोध, Rdson, अच्छी बिजली MOSFETs के लिए 0.02 ओम की तुलना में कम हो जाएगा। फिर शक्ति MOSFET में व्यस्त है:

40 Amps, 0.02 ओम की Rdson के एक वर्तमान के लिए, इस शक्ति 32 वाट है। एक heatsink के बिना, MOSFET बाहर जला यह बहुत शक्ति dissipating जाएगा। heatsinks: एक heatsink का चयन अपने आप में एक विषय है, यही वजह है कि एक अध्याय के लिए समर्पित है है।

पर प्रतिरोध MOSFET में शक्ति का अपव्यय का एकमात्र कारण नहीं है। एक अन्य स्रोत होता है जब MOSFET राज्यों के बीच स्विच कर रहा है। समय की एक छोटी अवधि के लिए, MOSFET आधे पर और आधा बंद है। ऊपर के रूप में एक ही उदाहरण आंकड़ों का उपयोग करना, वर्तमान आधा मूल्य, 20 amps पर हो सकता है, और वोल्टेज एक ही समय में 6 वोल्ट, आधे मूल्य पर हो सकता है। अब सत्ता व्यस्त 20 × 6 = 120 वाट है। हालांकि, MOSFET केवल समय है कि MOSFET राज्यों के बीच स्विच कर रहा है की छोटी अवधि के लिए इस dissipating है। बिजली की औसत इस की वजह से अपव्यय इसलिए एक बहुत कम है, और रिश्तेदार समय है कि MOSFET स्विच कर रहा है और स्विचिंग नहीं पर निर्भर करता है। औसत लंपटता समीकरण द्वारा दिया जाता है:

2.3। उदाहरण:

मुसीबत एक MOSFET 20kHz में बंद है, और राज्यों के बीच (बंद करने पर और बंद पर करने के लिए) के लिए स्विच करने के लिए 1 microsecond लेता है। आपूर्ति वोल्टेज 12v और वर्तमान 40 Amps है। औसत स्विचिंग बिजली की हानि की गणना, यह सोचते हैं वोल्टेज और वर्तमान स्विचिंग अवधि के दौरान आधे मूल्यों पर हैं।

उपाय: 20kHz में, वहाँ एक MOSFET स्विचन घटना हर 25 microseconds (हर 50 microseconds पर एक स्विच, और एक स्विच बंद हर 50 microseconds) है। इसलिए, कुल समय-समय पर स्विचन के अनुपात 1 / 25 = 0.04 है। शक्ति का अपव्यय जब स्विचन है (12v / 2) एक्स (40A / 2) = 120 वत्स। इसलिए औसत स्विचिंग नुकसान 120W एक्स 0.04 = 4.8 वाट है।

1 वाट के बारे में ऊपर कोई भी शक्ति का अपव्यय है कि MOSFET एक heatsink पर मुहिम शुरू की है की आवश्यकता है। पावर MOSFETs संकुल की एक किस्म में आते हैं, लेकिन आम तौर पर एक धातु टैब जो heatsink के खिलाफ रखा जाता है, और गर्मी MOSFET अर्धचालक से दूर संचालन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

एक अतिरिक्त heatsink बिना पैकेज के सत्ता संभालने की बहुत छोटा है। आमतौर पर नाली - कुछ MOSFETs पर, धातु टैब आंतरिक रूप से MOSFETs टर्मिनलों में से एक से जुड़ा है। यह एक नुकसान के रूप में यह मतलब है कि आप विद्युत धातु heatsink से MOSFET पैकेज को अलग-थलग बिना एक heatsink करने के लिए एक से अधिक MOSFET फिट नहीं कर सकते है। इस पैकेज और heatsink के बीच रखा पतली अभ्रक शीट के साथ किया जा सकता है। कुछ MOSFETs टर्मिनलों, जो बेहतर है से अलग पैकेज है। दिन के अंत में अपने निर्णय हालांकि कीमत में आधारित होने की संभावना है!

2.3.1। नाली वर्तमान

MOSFETs आम तौर पर अपनी अधिकतम नाली वर्तमान द्वारा विज्ञापित कर रहे हैं। विज्ञापन विज्ञापन, और पत्रक के मोर्चे पर सुविधाओं की सूची एक सतत नाली वर्तमान, ईद, 70 Amps की, और 350 amps के एक स्पंदित नाली वर्तमान उद्धृत कर सकते हैं। आप इन आंकड़ों के साथ बहुत सावधान रहना चाहिए। वे सामान्य औसत मूल्यों को नहीं कर रहे हैं, लेकिन अधिकतम MOSFET सर्वोत्तम संभव परिस्थितियों में ले जाएगा। एक शुरुआत के लिए, वे आम तौर पर 25 डिग्री सेल्सियस के एक पैकेज के तापमान पर इस्तेमाल के लिए उद्धृत कर रहे हैं। यह लगभग नामुमकिन है जब आप 70 Amps से गुजर रहे हैं कि मामला अभी भी 25ºC में हो जाएगा! पत्रक में कैसे यह आंकड़ा तापमान में वृद्धि के साथ derates का ग्राफ होना चाहिए।

स्पंदित नाली वर्तमान हमेशा पृष्ठ के तल पर बहुत छोटे लिखित रूप में स्विचन समय के साथ शर्तों के तहत स्विचन उद्धृत किया गया है! यह सौ microseconds के एक जोड़े की एक अधिकतम पल्स चौड़ाई, और एक कर्तव्य चक्र (बंद करने पर समय का प्रतिशत) केवल 2% की है, जो बहुत व्यावहारिक नहीं है हो सकता है। MOSFETs की वर्तमान रेटिंग के बारे में अधिक जानकारी के लिए इस अंतरराष्ट्रीय शुद्ध दस्तावेज़ पर एक नजर है।

आप एक उच्च पर्याप्त अधिकतम नाली वर्तमान के साथ एक एकल MOSFET नहीं मिल सकता है, तो आप समानांतर में एक से अधिक कनेक्ट कर सकते हैं। यह कैसे करना है के बारे में जानकारी के लिए बाद में मिलते हैं।

2.3.2। गति

आप एक स्विच मोड में MOSFET का उपयोग कर मोटर्स की गति को नियंत्रित करने के लिए किया जाएगा। हम पहले भी देखा था, अब, कि MOSFET राज्य में है जहां यह न तो है और न ही पर बंद है और अधिक शक्ति नष्ट करना होगा। कुछ MOSFETs दूसरों की तुलना में तेजी से कर रहे हैं। अधिकांश आधुनिक लोगों को आसानी से तेज किलोहर्ट्ज़ के कई दसियों में स्विच करने के लिए पर्याप्त होगा, यह है के बाद से लगभग हमेशा वे कैसे उपयोग किया जाता है। पत्रक के पेज 2 पर, आप मापदंडों के मोड़ पर देरी समय देखना चाहिए, वृद्धि समय, मोड़ बंद देरी समय और समय गिर। 229ns: यदि इन सब को जोड़ रहे हैं, यह आप लगभग न्यूनतम वर्ग तरंग की अवधि है कि इस MOSFET स्विच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है दे देंगे। इस 4.3MHz की एक आवृत्ति का प्रतिनिधित्व करता है। ध्यान दें कि यह हालांकि बहुत गर्म हो जाएगा क्योंकि यह राज्य पर स्विच करने में अपने समय की एक बहुत खर्च होता है।

3। एक डिजाइन उदाहरण

कैसे पत्रक में पैरामीटर, और रेखांकन का उपयोग करने के कुछ सुझाव प्राप्त करने के लिए, हम एक डिजाइन उदाहरण के माध्यम से जाना होगा:
मुसीबत: एक पूर्ण पुल गति नियंत्रक सर्किट एक 12v मोटर को नियंत्रित करने के लिए बनाया गया है। स्विचन आवृत्ति श्रव्य सीमा (20kHz) से ऊपर होना चाहिए। मोटर 0.12 ओम की कुल प्रतिरोध किया है। , पुल सर्किट के लिए उपयुक्त MOSFETs चुनें एक उचित मूल्य सीमा के भीतर, और किसी भी heatsinking कि आवश्यक हो सकता है सुझाव देते हैं। परिवेश के तापमान 25ºC माना जाता है।

उपाय: IRF3205 पर एक नजर है और अगर यह उपयुक्त है देखते हैं। सबसे पहले नाली वर्तमान आवश्यकता। स्टाल पर, मोटर 12v / 0.12 ओम = 100 Amps ले जाएगा। हम पहले जंक्शन तापमान में एक अनुमान कर देगा, 125ºC पर हम पाते हैं चाहिए जो अधिकतम नाली वर्तमान 125ºC में पहला है। चित्रा 9 का ग्राफ हमें पता चलता है 125ºC पर अधिकतम नाली वर्तमान 65 Amps के बारे में है। इसलिए समानांतर में 2 IRF3205s इस संबंध में सक्षम होना चाहिए।

दो समानांतर MOSFETs कितना शक्ति dissipating किया जाएगा? whilst पर बिजली का अपव्यय और मोटर ठप, या बस शुरू करने के साथ शुरू कर देता है। यही कारण है कि वर्तमान चुकता बार पर प्रतिरोध है। 125ºC पर (पर) आरडीएस क्या है? चित्रा 4 से पता चलता है कि यह कैसे 0.008 ओम के अपने पहले पन्ने मूल्य से derated है 1.6 के बारे में एक पहलू से। इसलिए, हम यह मान (पर) आरडीएस होगी 0.008 एक्स 1.6 = 0.0128। इसलिए पीडी = 50 एक्स एक्स 50 0.0128 = 32 वत्स। कैसे समय के बहुत मोटर या तो ठप हो जाएगा या शुरू? यह कहना असंभव है, इसलिए हम अनुमान करना होगा। समय की 20% काफी रूढ़िवादी आंकड़ा है - यह एक बहुत कम होने की संभावना है। चूंकि सत्ता गर्मी का कारण बनता है, और गर्मी चालन है काफी धीमी प्रक्रिया है, शक्ति का अपव्यय का असर काफी लंबे समय अवधि में औसतन बाहर करने के लिए सेकंड के क्षेत्र में, के लिए जाता है। इसलिए हम उद्धृत 20% के साथ बिजली की आवश्यकता derate कर सकते हैं, 32W एक्स 20% = 6.4W के एक औसत शक्ति का अपव्यय पर पहुंचने के लिए।

अब हम सत्ता स्विचन के कारण व्यस्त जोड़ना होगा। इस वृद्धि के दौरान पाए जाते हैं और कई बार, जो क्रमशः 100ns और 70ns के रूप में विद्युत विशेषताओं तालिका में उद्धृत कर रहे हैं गिर जाएगी। MOSFET चालक मानते हुए पर्याप्त मौजूदा इन आंकड़ों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए (गेट 2.5v / 12 ओम = 2.5 Amps के 4.8 ओम = पल्स उत्पादन ड्राइव वर्तमान की ड्राइव स्रोत प्रतिरोध) की आपूर्ति कर सकते हैं, तो समय स्विचिंग का अनुपात स्थिर राज्य के लिए समय है 170ns * 20kHz = 3.4mW जो नगण्य है। इन पर बंद समय के बारे में ऑन-बार बंद, यहाँ देखें अधिक जानकारी के लिए हालांकि एक सा कच्चे हैं।

स्विचन आवश्यकताओं को अब क्या कर रहे हैं? MOSFET चालक जहाज हम इनमें से अधिकांश के साथ सामना करेंगे उपयोग करते हैं, लेकिन इसकी जाँच के लायक। मोड़ पर वोल्टेज, वीजीएस (ध), चित्रा 3 के रेखांकन से 5 बस पर वोल्ट है। हम पहले से ही देखा है कि चालक के समय की एक बहुत ही कम अवधि के लिए स्रोत के 4.8 Amps सक्षम होना चाहिए।

अब heatsink के बारे में क्या। आप इस खंड से पहले heatsinks पर अध्याय को पढ़ने के लिए चाहते हो सकता है। हम 125ºC नीचे अर्धचालक जंक्शन के लिए तापमान को बनाए रखना चाहते हैं, और हमें बताया गया है कि परिवेश के तापमान 25ºC है। / 6.4 = 125 डिग्री सेल्सियस / डब्ल्यू - इसलिए, एक MOSFET औसत पर 25W dissipating के साथ, कुल थर्मल प्रतिरोध (6.4 15.6) की तुलना में कम होना चाहिए। heatsink खुद के लिए 0.75 = 0.2 डिग्री सेल्सियस / डब्ल्यू - 15.6 - मामले को जंक्शन से थर्मल प्रतिरोध 0.75 डिग्री सेल्सियस के लिए बनाता है / इस के डब्ल्यू, heatsink मूल्यों (थर्मल परिसर का उपयोग) के लिए विशिष्ट मामले 0.2 डिग्री सेल्सियस / डब्ल्यू, जो 14.7 छोड़ देता है। इस θjc मूल्य के Heatsinks काफी छोटे और सस्ते होते हैं। ध्यान दें कि एक ही गर्मी सिंक, या एच पुल में लोड की सही करने के लिए छोड़ दिया करने के लिए दोनों MOSFETs के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, क्योंकि इन दोनों MOSFETs एक ही समय पर कभी नहीं दोनों हैं, और तो कभी दोनों में सत्ता dissipating जा सकती है उसी समय। उनमें से मामलों हालांकि विद्युत अलग किया जाना चाहिए। आवश्यक बिजली के अलगाव के बारे में अधिक जानकारी के लिए heatsinks पेज देखें।

4। MOSFET ड्राइवरों

पर एक शक्ति MOSFET चालू करने के लिए, गेट टर्मिनल एक वोल्टेज कम से कम 10 स्रोत टर्मिनल (तर्क स्तर MOSFETs के लिए 4 के बारे में वोल्ट) की तुलना में अधिक से अधिक वोल्ट के लिए सेट किया जाना चाहिए। यह आराम से ऊपर वीजीएस (ध) पैरामीटर है।

सत्ता MOSFETs की एक विशेषता यह है कि वे गेट और अन्य टर्मिनलों, CISS के बीच एक बड़ा आवारा समाई किया है। इस के प्रभाव है कि जब गेट टर्मिनल के लिए पल्स आता है, यह पहली बार इस समाई अप फाटक वोल्टेज से पहले चार्ज 10 आवश्यक वोल्ट तक पहुँच सकते हैं चाहिए। गेट टर्मिनल तो प्रभावी ढंग से वर्तमान ले करता है। इसलिए सर्किट है कि ड्राइव गेट टर्मिनल एक उचित वर्तमान की आपूर्ति इतनी आवारा समाई को चार्ज किया जा सकता के रूप में जल्दी संभव के रूप में करने में सक्षम होना चाहिए। यह करने के लिए सबसे अच्छा तरीका एक समर्पित MOSFET चालक चिप का उपयोग करने के लिए है।

वहाँ कई कंपनियों से उपलब्ध MOSFET चालक चिप्स का एक बहुत हैं। कुछ नीचे दी गई तालिका में datasheets के लिंक के साथ दिखाया गया है। कुछ (एक पूर्ण पुल में कम 2 MOSFETs के लिए या सिर्फ एक सरल स्विचिंग सर्किट) MOSFET स्रोत टर्मिनल पर आधारित होना करने के लिए आवश्यकता होती है। कुछ एक उच्च वोल्टेज पर स्रोत के साथ एक MOSFET ड्राइव कर सकते हैं। ये एक चिप पर प्रभारी पंप, वे 22 पर एक पूर्ण brifge में ऊपरी MOSFET चालू करने के लिए आवश्यक वोल्ट उत्पन्न कर सकते हैं जिसका मतलब है कि लोगों की है। TDA340 भी आप के लिए swicthing अनुक्रम नियंत्रित करता है। कुछ बहुत ही कम नाड़ी आवारा गेट समाई को चार्ज करने के रूप में के रूप में 6 Amps वर्तमान के रूप में ज्यादा आपूर्ति कर सकते हैं।

MOSFETs के बारे में अधिक जानकारी है और उन्हें कैसे ड्राइव करने के लिए, अंतरराष्ट्रीय शुद्ध यहां उनकी HEXFET सीमा पर तकनीकी पत्र का एक सेट है।

अक्सर आप MOSFET चालक और MOSFET गेट टर्मिनल के बीच एक कम मूल्य रोकनेवाला देखेंगे। यह किसी भी बज नेतृत्व अधिष्ठापन और गेट समाई जो अन्यथा अधिकतम वोल्टेज गेट टर्मिनल पर अनुमति पार कर सकते हैं की वजह से दोलनों नीचे गीला हो जाना है। यह भी दर है जिस पर mosfet पर बदल जाता है और बंद धीमा। यदि MOSFET में आंतरिक डायोड काफी तेजी पर बारी नहीं है यह उपयोगी हो सकता है। इस के अधिक जानकारी के लिए अंतरराष्ट्रीय शुद्ध तकनीकी दस्तावेज में पाया जा सकता है।

5। paralleling MOSFETs

MOSFETs समानांतर में रखा जा सकता है वर्तमान संभालने की क्षमता में सुधार होगा। सीधे शब्दों में गेट, स्रोत और नाली टर्मिनलों एक साथ शामिल हो। MOSFETs की कोई भी संख्या को समानांतर जा सकता है, लेकिन ध्यान दें कि फाटक समाई आप और अधिक MOSFETs समानांतर, और अंततः MOSFET चालक उन्हें ड्राइव करने में सक्षम नहीं होगा के रूप में इजाफा होता है। ध्यान दें कि आप इस तरह द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर Parellel नहीं कर सकते। इसके पीछे कारणों यहां एक तकनीकी पत्र में चर्चा कर रहे हैं।

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