MOSFET सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र या SOA को समझना

यदि आप सोच रहे हैं या वास्तव में चिंतित हैं कि आपका MOSFET चरम स्थितियों में, या अत्यधिक विघटनकारी परिस्थितियों में कितनी शक्ति सहन कर सकता है, तो डिवाइस के SOA आंकड़े ठीक वही हैं जो आपको दिखना चाहिए।

इस पोस्ट में हम सुरक्षित संचालन क्षेत्र, या SOA पर व्यापक रूप से चर्चा करेंगे, क्योंकि यह MOSFET डेटाशीट में दिखाई देता है।

निम्नलिखित MOSFET सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र या SOA ग्राफ है जो सामान्य रूप से सभी में देखा जाता है टेक्सस उपकरण डाटा शीट।

MOSFET SOA को उस परिमाण के रूप में वर्णित किया गया है जो संतृप्ति क्षेत्र में काम करते समय FET को संभाल सकता है अधिकतम शक्ति को निर्दिष्ट करता है।

SOA ग्राफ़ की आवर्धित झलक नीचे दी गई अगली छवि में देखी जा सकती है।

ऊपर SOA ग्राफ में हम इन सभी सीमाओं और सीमाओं को देखने में सक्षम हैं। और ग्राफ में और गहराई से हम कई अलग-अलग व्यक्तिगत पल्स अवधि के लिए अतिरिक्त सीमाएं पाते हैं। और ग्राफ के अंदर की ये पंक्तियाँ गणना या भौतिक माप के माध्यम से निर्धारित की जा सकती हैं।

पहले और पुराने डेटशीट में, इन मापदंडों की गणना मूल्यों के साथ की गई थी।

हालांकि, आमतौर पर यह सिफारिश की जाती है कि इन मापदंडों को व्यावहारिक रूप से मापा जाता है। यदि आप सूत्रों का उपयोग करके उनका आकलन करते हैं, तो आप काल्पनिक मान प्राप्त कर सकते हैं जो वास्तविक दुनिया के आवेदन में एफईटी की तुलना में बहुत बड़ा हो सकता है। या शायद आप एक स्तर के मापदंडों को (अधिक-क्षतिपूर्ति) कर सकते हैं जो एफईटी वास्तव में क्या कर सकता है के सापेक्ष बहुत अधिक वश में हो सकता है।

इसलिए हमारी निम्नलिखित चर्चाओं में हम SOA मापदंडों को सीखते हैं जिनका मूल्यांकन वास्तविक व्यावहारिक विधियों के माध्यम से किया जाता है न कि सूत्रों या सिमुलेशन द्वारा।

आइए FETs में संतृप्ति मोड और रैखिक मोड क्या है, यह समझने के द्वारा शुरू करें।

रैखिक मोड बनाम संतृप्ति मोड

उपर्युक्त ग्राफ का उल्लेख करते हुए, रैखिक मोड को क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें आरडीएस (ऑन) या एफईटी के नाली-स्रोत प्रतिरोध सुसंगत है।

इसका मतलब है, एफईटी के माध्यम से गुजरने वाला वर्तमान एफईटी के माध्यम से सीधे ड्रेन-टू-सोर्स पूर्वाग्रह के लिए आनुपातिक है। इसे अक्सर ओमिक क्षेत्र के रूप में भी जाना जाता है, क्योंकि एफईटी अनिवार्य रूप से एक निश्चित अवरोधक के समान कार्य कर रहा है।

अब, यदि हम FET के लिए नाली-स्रोत पूर्वाग्रह वोल्टेज को बढ़ाना शुरू करते हैं, तो हम अंततः संतृप्ति क्षेत्र के रूप में ज्ञात क्षेत्र में FET संचालन को पाते हैं। एक बार MOSFET संचालन को संतृप्ति क्षेत्र में मजबूर किया जाता है, तो वर्तमान (amps) MOSFET के माध्यम से नाले में स्थानांतरित होता है जो अब ड्रेन-टू-सोर्स बायस वोल्टेज वृद्धि का जवाब नहीं देता है।

इसलिए आप चाहे कितना भी ड्रेन-वोल्टेज बढ़ा लें, यह FET इसके माध्यम से एक निश्चित अधिकतम स्तर के करंट को ट्रांसफर करता रहता है।

एकमात्र तरीका जिसके माध्यम से आप वर्तमान में हेरफेर करने में सक्षम हैं, आमतौर पर गेट-टू-सोर्स वोल्टेज को अलग करके।

हालाँकि, यह स्थिति थोड़ी हैरान करने वाली प्रतीत होती है, क्योंकि ये आम तौर पर रेखीय और संतृप्ति क्षेत्र के आपके पाठ्यपुस्तक विवरण होते हैं। पहले हमने जाना कि इस पैरामीटर को अक्सर ओमिक क्षेत्र के रूप में जाना जाता है। फिर भी कुछ लोग वास्तव में इसे रेखीय क्षेत्र का नाम देते हैं। शायद, मानसिकता है, ठीक है, यह एक सीधी रेखा जैसा दिखता है, इसलिए इसे रैखिक होना चाहिए?

यदि आप हॉट-स्वैप अनुप्रयोगों पर चर्चा करने वाले लोगों को नोटिस करते हैं, तो वे व्यक्त करने जा रहे हैं, ठीक है, मैं एक रैखिक क्षेत्र में काम कर रहा हूं। लेकिन यह अनिवार्य रूप से तकनीकी रूप से अनुचित है।

MOSFET SOA को समझना

अब चूंकि हमें पता है कि एफईटी संतृप्ति क्षेत्र क्या है, इसलिए अब हम अपने एसओए ग्राफ की विस्तार से समीक्षा कर सकते हैं। SOA को 5 व्यक्तिगत सीमाओं में विभाजित किया जा सकता है। आइए जानें कि वे वास्तव में क्या हैं।

आरडीएस (ऑन) लिमिटेशन

ग्राफ में पहली पंक्ति जो रंग में ग्रे है, FET की RDS (पर) सीमा का प्रतिनिधित्व करती है। और यह वह क्षेत्र है जो प्रभावी रूप से डिवाइस के ऑन-प्रतिरोध के कारण एफईटी के माध्यम से वर्तमान की अधिकतम राशि को सीमित करता है।

दूसरे शब्दों में, यह MOSFET के प्रतिरोध पर उच्चतम इंगित करता है जो MOSFET के अधिकतम सहनीय जंक्शन तापमान पर मौजूद हो सकता है।

हम मानते हैं कि इस ग्रे लाइन में एकता का एक सकारात्मक निरंतर ढलान है, सिर्फ इसलिए कि इस लाइन के भीतर प्रत्येक बिंदु ओएचएम के नियम के अनुसार, ओ के प्रतिरोध की एक समान मात्रा रखता है, जिसमें कहा गया है कि R, I से विभाजित V के बराबर है।

वर्तमान सीमा

SOA ग्राफ में अगली सीमा रेखा वर्तमान सीमा का प्रतिनिधित्व करती है। ग्राफ पर, नीले, हरे, वायलेट लाइनों द्वारा दर्शाए गए विभिन्न नाड़ी मूल्यों को ऊपरी क्षैतिज काली रेखा द्वारा 400 amps तक सीमित देखा जा सकता है।

RED लाइन का लघु क्षैतिज खंड लगभग 200 amps पर डिवाइस की पैकेज सीमा, या FET की निरंतर वर्तमान सीमा (DC) को इंगित करता है।

अधिकतम शक्ति सीमा

तीसरा SOA सीमा MOSFET की अधिकतम शक्ति सीमा रेखा है, जिसका प्रतिनिधित्व नारंगी ढलान रेखा द्वारा किया जाता है।

जैसा कि हम नोटिस करते हैं कि यह रेखा एक निरंतर ढलान है लेकिन एक नकारात्मक है। यह निरंतर है क्योंकि इस SOA पावर लिमिट लाइन पर हर बिंदु समान पावर है, जो सूत्र P = IV द्वारा दर्शाई जाती है।

इसलिए, SOA लॉगरिदमिक वक्र में, यह -1 का ढलान उत्पन्न करता है। नकारात्मक संकेत इस तथ्य के कारण है कि यहां एमओएसएफईटी के माध्यम से वर्तमान प्रवाह कम हो जाता है क्योंकि नाली-स्रोत वोल्टेज बढ़ता है।

यह घटना मुख्य रूप से MOSFET की नकारात्मक गुणांक विशेषताओं के कारण है जो डिवाइस के माध्यम से वर्तमान को प्रतिबंधित करती है क्योंकि इसका जंक्शन तापमान बढ़ता है।

थर्मल अस्थिरता सीमा

इसके बाद, अपने सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र में चौथा MOSFET सीमा पीले ढलान वाली रेखा द्वारा इंगित की जाती है, जो थर्मल अस्थिरता सीमा का प्रतिनिधित्व करती है।

यह SOA के इस क्षेत्र में है जो वास्तव में डिवाइस की परिचालन क्षमता को मापने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस थर्मल अस्थिरता क्षेत्र का अनुमान किसी भी उचित साधन से नहीं लगाया जा सकता है।

इसलिए, हमें व्यावहारिक रूप से इस क्षेत्र में MOSFET का विश्लेषण करने की आवश्यकता है ताकि यह पता लगाया जा सके कि FET विफल हो सकता है, और वास्तव में विशिष्ट डिवाइस की कार्य क्षमता क्या है?

इस प्रकार हम अभी देख सकते हैं, अगर हम इस अधिकतम बिजली सीमा को ले सकते थे, और इसे पीली रेखा के नीचे सभी तरह से बढ़ा सकते हैं, तो, अचानक हमें क्या मिलेगा?

हम पाते हैं कि MOSFET विफलता सीमा भूमि बहुत निचले स्तर पर है, जो कि डेटाशीट (नारंगी ढलान द्वारा दर्शाए गए) पर प्रचारित अधिकतम शक्ति सीमा क्षेत्र की तुलना में बहुत कम है।

या मान लें कि हम बहुत अधिक रूढ़िवादी होते हैं, और लोगों को बताते हैं कि, अरे देखो येलो लाइन का निचला क्षेत्र वास्तव में वही है जो एफईटी अधिकतम रूप से संभाल सकता है। ठीक है, हम इस घोषणा के साथ सबसे सुरक्षित पक्ष में हो सकते हैं, लेकिन तब हम डिवाइस की बिजली सीमा क्षमता से अधिक मुआवजा दे सकते हैं, जो उचित नहीं हो सकता है?

यही कारण है कि इस थर्मल अस्थिरता क्षेत्र को सूत्रों के साथ निर्धारित या दावा नहीं किया जा सकता है, लेकिन वास्तव में परीक्षण किया जाना चाहिए।

ब्रेकडाउन वोल्टेज की सीमा

एसओए ग्राफ में पांचवां सीमा क्षेत्र, ब्रेकडाउन वोल्टेज सीमा है, जिसे काली ऊर्ध्वाधर रेखा द्वारा दर्शाया गया है। जो कि FET का अधिकतम ड्रेन-सोर्स वोल्टेज हैंडलिंग क्षमता है।

ग्राफ़ के अनुसार डिवाइस में 100-वोल्ट बीवीडीएसएस है, जो बताता है कि इस ब्लैक वर्टिकल लाइन को 100 वोल्ट ड्रेन-सोर्स मार्क पर क्यों लागू किया गया है।

यह थर्मल अस्थिरता के पहले की धारणा को थोड़ा और अधिक जांचने के लिए इंट्रस्टिंग होगा। इसे पूरा करने के लिए, हमें एक वाक्यांश को 'तापमान गुणांक' के रूप में संदर्भित करना होगा।

MOSFET तापमान गुणांक

MOSFET के जंक्शन तापमान में परिवर्तन पर वर्तमान में परिवर्तन के रूप में MOSFET तापमान गुणांक को परिभाषित किया जा सकता है।

Tc = ∂ID / jTj

इसलिए जब हम इसकी डेटशीट में एक MOSFET के स्थानांतरण विशेषताओं वक्र की जांच करते हैं, तो हम FET के बढ़ते गेट-टू-सोर्स वोल्टेज बनाम FET के ड्रेन-टू-सोर्स करंट का पता लगाते हैं, हम यह भी पाते हैं कि इस विशेषताओं का मूल्यांकन 3 में किया जाता है। विभिन्न तापमान रेंज।

शून्य तापमान गुणांक (ZTC)

यदि हम ऑरेंज सर्कल के साथ दर्शाए गए बिंदु को देखते हैं, तो यह वही है जो हम इंगित करते हैं MOSFET का शून्य तापमान गुणांक ।

इस बिंदु पर भी अगर डिवाइस का जंक्शन तापमान बढ़ता रहता है, तो एफईटी के माध्यम से वर्तमान हस्तांतरण में कोई वृद्धि नहीं होती है।

∂आई_घ/ ∂T_जे = 0 , कहां है मैं_घ MOSFET का नाला है, टी_जे डिवाइस के जंक्शन तापमान का प्रतिनिधित्व करता है

यदि हम इस शून्य तापमान गुणांक (नारंगी वृत्त) पर क्षेत्र को देखते हैं, जैसा कि हम ऋणात्मक -55 से 125 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ते हैं, तो एफईटी के माध्यम से वर्तमान वास्तव में गिरना शुरू हो जाता है।

∂आई_घ/ ∂T_जे <0

यह स्थिति सांकेतिक है कि MOSFET वास्तव में गर्म हो रहा है, लेकिन डिवाइस के माध्यम से विघटित शक्ति कम हो रही है। तात्पर्य यह है कि वास्तव में डिवाइस के लिए अस्थिरता का कोई खतरा नहीं है, और डिवाइस को ओवरहीटिंग की अनुमति हो सकती है, और BJTs के विपरीत संभवतः थर्मल भगोड़ा स्थिति का कोई खतरा नहीं है।

हालांकि, शून्य तापमान गुणांक (ऑरेंज सर्कल) के नीचे के क्षेत्र में धाराओं पर, हम प्रवृत्ति को नोटिस करते हैं, जहां डिवाइस के तापमान में वृद्धि, जो कि नकारात्मक -55 से 125 डिग्री के बीच है, के वर्तमान स्थानांतरण क्षमता का कारण बनता है डिवाइस वास्तव में वृद्धि करने के लिए।

∂आई_घ/ ∂T_जे > 0

यह इस तथ्य के कारण होता है कि MOSFET का तापमान गुणांक इन बिंदुओं पर शून्य से अधिक है। लेकिन, दूसरी ओर MOSFET के माध्यम से करंट में वृद्धि, MOSFET के RDS (आन) (ड्रेन-सोर्स रेसिस्टेंस) में समानुपातिक वृद्धि का कारण बनता है और डिवाइस के शरीर के तापमान में उत्तरोत्तर वृद्धि का कारण बनता है, जिससे आगे करंट आता है। डिवाइस के माध्यम से स्थानांतरण। जब MOSFET एक सकारात्मक प्रतिक्रिया पाश के इस क्षेत्र में जाता है, तो यह MOSFET व्यवहार में एक अस्थिरता विकसित कर सकता है।

हालांकि, कोई भी यह नहीं बता सकता है कि उपरोक्त स्थिति हो सकती है या नहीं, और इस तरह की अस्थिरता MOSFET के भीतर उत्पन्न होने पर पूर्वानुमान के लिए कोई आसान डिज़ाइन नहीं हो सकता है।

इसका कारण यह है कि MOSFET के साथ बहुत सारे पैरामीटर हो सकते हैं जो कि इसके सेल घनत्व संरचना के आधार पर, या MOSFET निकाय के माध्यम से समान रूप से गर्मी को नष्ट करने के लिए पैकेज के लचीलेपन पर निर्भर करता है।

इन अनिश्चितताओं के कारण, प्रत्येक विशेष MOSFET के लिए संकेतित क्षेत्रों में थर्मल पलायन या किसी भी थर्मल अस्थिरता जैसे कारकों की पुष्टि की जानी चाहिए। नहीं, MOSFET की इन विशेषताओं का अनुमान अधिकतम बिजली हानि समीकरण को लागू करके नहीं लगाया जा सकता है।

क्यों SOA इतना महत्वपूर्ण है

SOA आंकड़े MOSFET अनुप्रयोगों में गंभीर रूप से उपयोगी हो सकते हैं जहां डिवाइस को अक्सर संतृप्ति क्षेत्रों में संचालित किया जाता है।

इसमें भी उपयोगी है हॉट स्वैप या Oring कंट्रोलर एप्लिकेशन, जहां यह जानना महत्वपूर्ण हो जाता है कि MOSFET अपने SOA चार्ट्स का हवाला देकर कितनी शक्ति सहन कर पाएगा।

व्यावहारिक रूप से आप पाएंगे कि MOSFET सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र मान मोटर नियंत्रण, इन्वर्टर / कनवर्टर या एसएमपीएस उत्पादों से निपटने वाले अधिकांश उपभोक्ताओं के लिए बहुत उपयोगी होते हैं, जहां डिवाइस आमतौर पर अत्यधिक तापमान या अधिभार स्थितियों में संचालित होता है।

स्रोत: MOSFET प्रशिक्षण , सुरक्षित संचालन क्षेत्र