MOSFET મૂળ મૂળભૂત જ્ઞાન અને એપ્લિકેશન

શા માટે અવક્ષય મોડ માટેMOSFETsઉપયોગ થતો નથી, તેના તળિયે જવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી.

આ બે ઉન્નતીકરણ-મોડ MOSFETs માટે, NMOS નો વધુ ઉપયોગ થાય છે. કારણ એ છે કે ઓન-રેઝિસ્ટન્સ નાની અને ઉત્પાદનમાં સરળ છે. તેથી, NMOS નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પાવર સપ્લાય અને મોટર ડ્રાઇવ એપ્લિકેશનને બદલવામાં થાય છે. નીચેના પરિચયમાં, NMOS નો મોટે ભાગે ઉપયોગ થાય છે.

MOSFET ના ત્રણ પિન વચ્ચે પરોપજીવી કેપેસિટીન્સ છે. આ આપણને જરૂર નથી, પરંતુ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની મર્યાદાઓને કારણે થાય છે. પરોપજીવી કેપેસીટન્સનું અસ્તિત્વ ડ્રાઇવ સર્કિટ ડિઝાઇન કરતી વખતે અથવા પસંદ કરતી વખતે તેને વધુ મુશ્કેલીમાં મૂકે છે, પરંતુ તેને ટાળવાનો કોઈ રસ્તો નથી. અમે પછીથી તેનો વિગતવાર પરિચય કરીશું.

ડ્રેઇન અને સ્ત્રોત વચ્ચે પરોપજીવી ડાયોડ છે. તેને બોડી ડાયોડ કહેવામાં આવે છે. ઇન્ડક્ટિવ લોડ્સ (જેમ કે મોટર્સ) ચલાવતી વખતે આ ડાયોડ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. માર્ગ દ્વારા, બોડી ડાયોડ માત્ર એક જ MOSFET માં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને સામાન્ય રીતે એકીકૃત સર્કિટ ચિપની અંદર જોવા મળતું નથી.

 

2. MOSFET વહન લાક્ષણિકતાઓ

કંડક્ટિંગનો અર્થ છે સ્વીચ તરીકે કામ કરવું, જે સ્વીચ બંધ હોવાના સમકક્ષ છે.

NMOS ની વિશેષતા એ છે કે જ્યારે Vgs ચોક્કસ મૂલ્ય કરતા વધારે હોય ત્યારે તે ચાલુ થશે. જ્યાં સુધી ગેટ વોલ્ટેજ 4V અથવા 10V સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી સ્ત્રોત ગ્રાઉન્ડ (લો-એન્ડ ડ્રાઇવ) હોય ત્યારે તે ઉપયોગ માટે યોગ્ય છે.

PMOS ની વિશેષતાઓ એ છે કે જ્યારે Vgs ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં ઓછું હોય ત્યારે તે ચાલુ થશે, જે એવી પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય છે જ્યાં સ્ત્રોત VCC (હાઇ-એન્ડ ડ્રાઇવ) સાથે જોડાયેલ હોય. જો કે, તેમ છતાંપીએમઓએસહાઇ-એન્ડ ડ્રાઇવર તરીકે સરળતાથી ઉપયોગ કરી શકાય છે, NMOS નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે હાઇ-એન્ડ ડ્રાઇવરોમાં થાય છે કારણ કે મોટા પ્રતિકાર, ઊંચી કિંમત અને થોડા રિપ્લેસમેન્ટ પ્રકારો.

 

3. MOS સ્વીચ ટ્યુબ નુકશાન

ભલે તે NMOS હોય કે PMOS, તેને ચાલુ કર્યા પછી એક ઓન-રેઝિસ્ટન્સ હોય છે, તેથી વર્તમાન આ પ્રતિકાર પર ઊર્જાનો વપરાશ કરશે. વપરાયેલી ઊર્જાના આ ભાગને વહન નુકશાન કહેવાય છે. નાના ઓન-રેઝિસ્ટન્સ સાથે MOSFET પસંદ કરવાથી વહન નુકશાન ઘટશે. આજનું લો-પાવર MOSFET ઓન-રેઝિસ્ટન્સ સામાન્ય રીતે દસ મિલિઓહમ્સની આસપાસ હોય છે, અને કેટલાક મિલિઓહમ્સ પણ હોય છે.

જ્યારે MOSFET ચાલુ અને બંધ હોય, ત્યારે તે તરત જ પૂર્ણ થવું જોઈએ નહીં. સમગ્ર MOS માં વોલ્ટેજ ઘટતી પ્રક્રિયા ધરાવે છે, અને વહેતા પ્રવાહમાં વધતી પ્રક્રિયા છે. આ સમયગાળા દરમિયાન, ધMOSFET નાનુકશાન એ વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન છે, જેને સ્વિચિંગ લોસ કહેવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે સ્વિચિંગ નુકસાન વહન નુકસાન કરતાં ઘણું મોટું હોય છે, અને સ્વિચિંગની આવર્તન જેટલી ઝડપી હોય છે, તેટલું વધુ નુકસાન થાય છે.

વહનની ક્ષણે વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન ખૂબ મોટું છે, જેના કારણે મોટા પ્રમાણમાં નુકસાન થાય છે. સ્વિચિંગનો સમય ઘટાડવાથી દરેક વહન દરમિયાન નુકસાન ઘટાડી શકાય છે; સ્વિચિંગ આવર્તન ઘટાડવાથી યુનિટ સમય દીઠ સ્વિચની સંખ્યા ઘટાડી શકાય છે. બંને પદ્ધતિઓ સ્વિચિંગ નુકસાન ઘટાડી શકે છે.

જ્યારે MOSFET ચાલુ હોય ત્યારે વેવફોર્મ. તે જોઈ શકાય છે કે વહનની ક્ષણે વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન ખૂબ મોટું છે, અને તેનું નુકસાન પણ ખૂબ મોટું છે. સ્વિચિંગ સમય ઘટાડવાથી દરેક વહન દરમિયાન નુકસાન ઘટાડી શકાય છે; સ્વિચિંગ આવર્તન ઘટાડવાથી યુનિટ સમય દીઠ સ્વિચની સંખ્યા ઘટાડી શકાય છે. બંને પદ્ધતિઓ સ્વિચિંગ નુકસાન ઘટાડી શકે છે.

 

4. MOSFET ડ્રાઈવર

દ્વિધ્રુવી ટ્રાન્ઝિસ્ટરની સરખામણીમાં, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે GS વોલ્ટેજ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધારે હોય ત્યાં સુધી MOSFET ચાલુ કરવા માટે કોઈ પ્રવાહની જરૂર નથી. આ કરવું સરળ છે, પરંતુ આપણને ઝડપની પણ જરૂર છે.

તે MOSFET ની રચનામાં જોઈ શકાય છે કે GS અને GD વચ્ચે પરોપજીવી કેપેસિટીન્સ છે, અને MOSFET નું ડ્રાઇવિંગ ખરેખર કેપેસિટરનો ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ છે. કેપેસિટરને ચાર્જ કરવા માટે વર્તમાનની જરૂર છે, કારણ કે કેપેસિટર ચાર્જિંગની ક્ષણે શોર્ટ સર્કિટ તરીકે ગણી શકાય, તેથી તાત્કાલિક પ્રવાહ પ્રમાણમાં મોટો હશે. MOSFET ડ્રાઇવરને પસંદ કરતી વખતે/ડિઝાઇન કરતી વખતે ધ્યાન આપવાની પ્રથમ બાબત એ છે કે તે પ્રદાન કરી શકે તેવા તત્કાલ શોર્ટ-સર્કિટ કરંટનું પ્રમાણ છે. ના

નોંધનીય બીજી બાબત એ છે કે NMOS, જે સામાન્ય રીતે હાઇ-એન્ડ ડ્રાઇવિંગ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જ્યારે ચાલુ હોય ત્યારે ગેટ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત વોલ્ટેજ કરતા વધારે હોવો જરૂરી છે. જ્યારે હાઇ-સાઇડ સંચાલિત MOSFET ચાલુ હોય છે, ત્યારે સ્ત્રોત વોલ્ટેજ ડ્રેઇન વોલ્ટેજ (VCC) જેટલો જ હોય ​​છે, તેથી આ સમયે ગેટ વોલ્ટેજ VCC કરતા 4V અથવા 10V વધારે છે. જો તમે સમાન સિસ્ટમમાં VCC કરતા મોટો વોલ્ટેજ મેળવવા માંગતા હો, તો તમારે વિશિષ્ટ બુસ્ટ સર્કિટની જરૂર છે. ઘણા મોટર ડ્રાઇવરો પાસે એકીકૃત ચાર્જ પંપ છે. એ નોંધવું જોઈએ કે MOSFET ચલાવવા માટે પૂરતો શોર્ટ-સર્કિટ કરંટ મેળવવા માટે યોગ્ય બાહ્ય કેપેસિટર પસંદ કરવું જોઈએ.

 

ઉપર દર્શાવેલ 4V અથવા 10V એ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા MOSFETsનું ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ છે, અને અલબત્ત ડિઝાઇન દરમિયાન ચોક્કસ માર્જિનને મંજૂરી આપવી જરૂરી છે. અને વોલ્ટેજ જેટલું ઊંચું હશે, વહન ઝડપ જેટલી ઝડપી અને વહન પ્રતિકાર ઓછો હશે. હવે વિવિધ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા નાના વહન વોલ્ટેજવાળા MOSFETs છે, પરંતુ 12V ઓટોમોટિવ ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સમાં, સામાન્ય રીતે 4V વહન પૂરતું છે.

 

MOSFET ડ્રાઇવર સર્કિટ અને તેના નુકસાન માટે, કૃપા કરીને MOSFETs સાથે MOSFET ડ્રાઇવરો સાથે મેળ ખાતા માઇક્રોચિપના AN799 નો સંદર્ભ લો. તે ખૂબ જ વિગતવાર છે, તેથી હું વધુ લખીશ નહીં.

 

વહનની ક્ષણે વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું ઉત્પાદન ખૂબ મોટું છે, જેના કારણે મોટા પ્રમાણમાં નુકસાન થાય છે. સ્વિચિંગ સમય ઘટાડવાથી દરેક વહન દરમિયાન નુકસાન ઘટાડી શકાય છે; સ્વિચિંગ આવર્તન ઘટાડવાથી યુનિટ સમય દીઠ સ્વિચની સંખ્યા ઘટાડી શકાય છે. બંને પદ્ધતિઓ સ્વિચિંગ નુકસાન ઘટાડી શકે છે.

MOSFET FET નો એક પ્રકાર છે (બીજો JFET છે). તેને એન્હાન્સમેન્ટ મોડ અથવા ડિપ્લેશન મોડ, પી-ચેનલ અથવા એન-ચેનલ, કુલ 4 પ્રકારના બનાવી શકાય છે. જો કે, વાસ્તવમાં માત્ર એન્હાન્સમેન્ટ-મોડ N-ચેનલ MOSFET નો ઉપયોગ થાય છે. અને ઉન્નતીકરણ-પ્રકાર P-ચેનલ MOSFET, તેથી NMOS અથવા PMOS સામાન્ય રીતે આ બે પ્રકારોનો સંદર્ભ આપે છે.

 

5. MOSFET એપ્લિકેશન સર્કિટ?

MOSFET ની સૌથી નોંધપાત્ર લાક્ષણિકતા તેની સારી સ્વિચિંગ લાક્ષણિકતાઓ છે, તેથી તે સર્કિટમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોનિક સ્વીચોની જરૂર હોય છે, જેમ કે સ્વિચિંગ પાવર સપ્લાય અને મોટર ડ્રાઇવ્સ, તેમજ લાઇટિંગ ડિમિંગ.

 

આજના MOSFET ડ્રાઇવરોની કેટલીક વિશેષ આવશ્યકતાઓ છે:

1. લો વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન

5V પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરતી વખતે, જો આ સમયે પરંપરાગત ટોટેમ પોલ સ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, કારણ કે ટ્રાંઝિસ્ટર બી લગભગ 0.7V નો વોલ્ટેજ ડ્રોપ ધરાવે છે, ગેટ પર લાગુ વાસ્તવિક અંતિમ વોલ્ટેજ માત્ર 4.3V છે. આ સમયે, અમે નામાંકિત ગેટ પાવર પસંદ કરીએ છીએ

4.5V MOSFET નો ઉપયોગ કરતી વખતે ચોક્કસ જોખમ રહેલું છે. આ જ સમસ્યા 3V અથવા અન્ય લો-વોલ્ટેજ પાવર સપ્લાયનો ઉપયોગ કરતી વખતે પણ થાય છે.

2. વાઈડ વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન

ઇનપુટ વોલ્ટેજ એ નિશ્ચિત મૂલ્ય નથી, તે સમય અથવા અન્ય પરિબળો સાથે બદલાશે. આ ફેરફાર PWM સર્કિટ દ્વારા MOSFET ને પૂરા પાડવામાં આવેલ ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ અસ્થિર થવાનું કારણ બને છે.

MOSFET ને ઉચ્ચ ગેટ વોલ્ટેજ હેઠળ સુરક્ષિત બનાવવા માટે, ઘણા MOSFET માં ગેટ વોલ્ટેજના કંપનવિસ્તારને બળપૂર્વક મર્યાદિત કરવા માટે બિલ્ટ-ઇન વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર હોય છે. આ કિસ્સામાં, જ્યારે પ્રદાન કરેલ ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ વોલ્ટેજ રેગ્યુલેટર ટ્યુબના વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે તે મોટા સ્થિર પાવર વપરાશનું કારણ બનશે.

તે જ સમયે, જો તમે ગેટ વોલ્ટેજ ઘટાડવા માટે રેઝિસ્ટર વોલ્ટેજ ડિવિઝનના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરો છો, તો જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ પ્રમાણમાં વધારે હોય ત્યારે MOSFET સારી રીતે કામ કરશે, પરંતુ જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ ઘટાડવામાં આવે છે, ત્યારે ગેટ વોલ્ટેજ અપૂરતું હશે, જેના કારણે અપૂર્ણ વહન, ત્યાં વીજ વપરાશ વધે છે.

3. ડ્યુઅલ વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન

કેટલાક કંટ્રોલ સર્કિટમાં, લોજિક ભાગ લાક્ષણિક 5V અથવા 3.3V ડિજિટલ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે પાવર પાર્ટ 12V અથવા તેનાથી વધુના વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરે છે. બે વોલ્ટેજ સામાન્ય જમીન સાથે જોડાયેલા છે.

આનાથી સર્કિટનો ઉપયોગ કરવાની જરૂરિયાત ઊભી થાય છે જેથી નીચી-વોલ્ટેજ બાજુ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ બાજુ પર MOSFET ને અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરી શકે. તે જ સમયે, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ બાજુ પરની MOSFET પણ 1 અને 2 માં દર્શાવેલ સમસ્યાઓનો સામનો કરશે.

આ ત્રણ કિસ્સાઓમાં, ટોટેમ પોલ માળખું આઉટપુટ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકતું નથી, અને ઘણા ઑફ-ધ-શેલ્ફ MOSFET ડ્રાઇવર IC માં ગેટ વોલ્ટેજ લિમિટિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ શામેલ હોય તેવું લાગતું નથી.

 

તેથી મેં આ ત્રણ જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે પ્રમાણમાં સામાન્ય સર્કિટ ડિઝાઇન કરી.

ના

NMOS માટે ડ્રાઇવર સર્કિટ

અહીં હું ફક્ત NMOS ડ્રાઇવર સર્કિટનું સરળ વિશ્લેષણ કરીશ:

Vl અને Vh અનુક્રમે લો-એન્ડ અને હાઇ-એન્ડ પાવર સપ્લાય છે. બે વોલ્ટેજ સમાન હોઈ શકે છે, પરંતુ Vl Vh થી વધુ ન હોવો જોઈએ.

Q1 અને Q2 બે ડ્રાઇવર ટ્યુબ Q3 અને Q4 એક જ સમયે ચાલુ ન થાય તેની ખાતરી કરતી વખતે અલગતા હાંસલ કરવા માટે ઊંધી ટોટેમ પોલ બનાવે છે.

R2 અને R3 PWM વોલ્ટેજ સંદર્ભ પ્રદાન કરે છે. આ સંદર્ભને બદલીને, સર્કિટને એવી સ્થિતિમાં સંચાલિત કરી શકાય છે જ્યાં PWM સિગ્નલ વેવફોર્મ પ્રમાણમાં ઊભો હોય છે.

Q3 અને Q4 નો ઉપયોગ ડ્રાઇવ કરંટ આપવા માટે થાય છે. જ્યારે ચાલુ હોય, ત્યારે Q3 અને Q4 માં Vh અને GND ની તુલનામાં માત્ર Vce નો ન્યૂનતમ વોલ્ટેજ ડ્રોપ હોય છે. આ વોલ્ટેજ ડ્રોપ સામાન્ય રીતે માત્ર 0.3V જેટલો હોય છે, જે 0.7V ના Vce કરતા ઘણો ઓછો હોય છે.

R5 અને R6 એ ફીડબેક રેઝિસ્ટર છે, જેનો ઉપયોગ ગેટ વોલ્ટેજના નમૂના માટે થાય છે. નમૂનારૂપ વોલ્ટેજ Q5 થી Q1 અને Q2 ના પાયા માટે મજબૂત નકારાત્મક પ્રતિસાદ પેદા કરે છે, આમ ગેટ વોલ્ટેજને મર્યાદિત મૂલ્ય સુધી મર્યાદિત કરે છે. આ મૂલ્ય R5 અને R6 દ્વારા એડજસ્ટ કરી શકાય છે.

છેલ્લે, R1 એ Q3 અને Q4 માટે મૂળભૂત વર્તમાન મર્યાદા પ્રદાન કરે છે, અને R4 MOSFET માટે ગેટ વર્તમાન મર્યાદા પ્રદાન કરે છે, જે Q3 અને Q4 ની બરફની મર્યાદા છે. જો જરૂરી હોય તો, પ્રવેગક કેપેસિટર R4 ની સમાંતરમાં કનેક્ટ કરી શકાય છે.

આ સર્કિટ નીચેની સુવિધાઓ પ્રદાન કરે છે:

1. હાઇ-સાઇડ MOSFET ચલાવવા માટે લો-સાઇડ વોલ્ટેજ અને PWM નો ઉપયોગ કરો.

2. ઉચ્ચ ગેટ વોલ્ટેજ જરૂરિયાતો સાથે MOSFET ચલાવવા માટે નાના કંપનવિસ્તાર PWM સિગ્નલનો ઉપયોગ કરો.

3. ગેટ વોલ્ટેજની ટોચ મર્યાદા

4. ઇનપુટ અને આઉટપુટ વર્તમાન મર્યાદા

5. યોગ્ય રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને, ખૂબ ઓછો પાવર વપરાશ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

6. PWM સિગ્નલ ઊંધુ છે. NMOS ને આ સુવિધાની જરૂર નથી અને સામે ઇન્વર્ટર મૂકીને ઉકેલી શકાય છે.

પોર્ટેબલ ઉપકરણો અને વાયરલેસ ઉત્પાદનો ડિઝાઇન કરતી વખતે, ઉત્પાદનની કામગીરીમાં સુધારો કરવો અને બેટરીની આવરદા વધારવી એ બે મુદ્દાઓ છે જે ડિઝાઇનરોને સામનો કરવાની જરૂર છે. ડીસી-ડીસી કન્વર્ટરમાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, મોટા આઉટપુટ વર્તમાન અને ઓછા શાંત પ્રવાહના ફાયદા છે, જે તેમને પોર્ટેબલ ઉપકરણોને પાવર કરવા માટે ખૂબ જ યોગ્ય બનાવે છે. હાલમાં, ડીસી-ડીસી કન્વર્ટર ડિઝાઇન ટેક્નોલોજીના વિકાસમાં મુખ્ય વલણો છે: (1) ઉચ્ચ-આવર્તન તકનીક: સ્વિચિંગ આવર્તન વધે છે, સ્વિચિંગ કન્વર્ટરનું કદ પણ ઓછું થાય છે, પાવર ડેન્સિટી પણ ખૂબ વધી જાય છે, અને ગતિશીલ પ્રતિભાવમાં સુધારો થયો છે. . લો-પાવર ડીસી-ડીસી કન્વર્ટરની સ્વિચિંગ આવર્તન મેગાહર્ટ્ઝ સ્તર સુધી વધશે. (2) લો આઉટપુટ વોલ્ટેજ ટેક્નોલોજી: સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેક્નોલોજીના સતત વિકાસ સાથે, માઇક્રોપ્રોસેસર્સ અને પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનું ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ નીચું અને નીચું થઈ રહ્યું છે, જેના માટે ભવિષ્યના DC-DC કન્વર્ટરને માઇક્રોપ્રોસેસર્સને અનુકૂલન કરવા માટે નીચા આઉટપુટ વોલ્ટેજ પ્રદાન કરવાની જરૂર છે. પ્રોસેસર્સ અને પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટેની આવશ્યકતાઓ.

આ તકનીકોના વિકાસથી પાવર ચિપ સર્કિટની ડિઝાઇન માટે ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ આગળ મૂકવામાં આવી છે. સૌ પ્રથમ, સ્વિચિંગ આવર્તન સતત વધતું જાય છે, સ્વિચિંગ તત્વોના પ્રદર્શન પર ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ મૂકવામાં આવે છે. તે જ સમયે, સ્વિચિંગ એલિમેન્ટ્સ MHz સુધીની ફ્રીક્વન્સીઝ પર સ્વિચિંગ તત્વો સામાન્ય રીતે કામ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે અનુરૂપ સ્વિચિંગ એલિમેન્ટ ડ્રાઇવ સર્કિટ પ્રદાન કરવી આવશ્યક છે. બીજું, બેટરી સંચાલિત પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો માટે, સર્કિટનું કાર્યકારી વોલ્ટેજ ઓછું છે (ઉદાહરણ તરીકે લિથિયમ બેટરીને લઈએ, કાર્યકારી વોલ્ટેજ 2.5~3.6V છે), તેથી, પાવર ચિપનું કાર્યકારી વોલ્ટેજ ઓછું છે.

 

MOSFET માં ખૂબ જ ઓછી ઓન-રેઝિસ્ટન્સ છે અને તે ઓછી ઉર્જા વાપરે છે. MOSFET નો ઉપયોગ હાલમાં લોકપ્રિય ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા DC-DC ચિપ્સમાં પાવર સ્વીચ તરીકે થાય છે. જો કે, MOSFET ની મોટી પરોપજીવી કેપેસીટન્સને લીધે, NMOS સ્વિચિંગ ટ્યુબની ગેટ કેપેસીટન્સ સામાન્ય રીતે દસ પીકોફારાડ્સ જેટલી ઊંચી હોય છે. આ ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ આવર્તન ડીસી-ડીસી કન્વર્ટર સ્વિચિંગ ટ્યુબ ડ્રાઇવ સર્કિટની ડિઝાઇન માટે ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓને આગળ ધપાવે છે.

લો-વોલ્ટેજ ULSI ડિઝાઇનમાં, મોટા કેપેસિટીવ લોડ તરીકે બુટસ્ટ્રેપ બૂસ્ટ સ્ટ્રક્ચર્સ અને ડ્રાઇવ સર્કિટનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ પ્રકારના CMOS અને BiCMOS લોજિક સર્કિટ છે. આ સર્કિટ સામાન્ય રીતે 1V કરતા ઓછા પાવર સપ્લાય વોલ્ટેજ સાથે કામ કરી શકે છે, અને 1 થી 2pF ની લોડ કેપેસીટન્સ સાથે દસ મેગાહર્ટ્ઝ અથવા તો સેંકડો મેગાહર્ટ્ઝની આવર્તન પર કાર્ય કરી શકે છે. આ લેખ નીચા વોલ્ટેજ, ઉચ્ચ સ્વિચિંગ ફ્રીક્વન્સી બૂસ્ટ ડીસી-ડીસી કન્વર્ટર માટે યોગ્ય હોય તેવા મોટા લોડ કેપેસીટન્સ ડ્રાઇવ ક્ષમતા સાથે ડ્રાઇવ સર્કિટ ડિઝાઇન કરવા માટે બુટસ્ટ્રેપ બૂસ્ટ સર્કિટનો ઉપયોગ કરે છે. સર્કિટ સેમસંગ AHP615 BiCMOS પ્રક્રિયા પર આધારિત છે અને Hspice સિમ્યુલેશન દ્વારા ચકાસાયેલ છે. જ્યારે સપ્લાય વોલ્ટેજ 1.5V હોય છે અને લોડ કેપેસીટન્સ 60pF હોય છે, ત્યારે ઓપરેટિંગ આવર્તન 5MHz કરતાં વધુ સુધી પહોંચી શકે છે.

ના

MOSFET સ્વિચિંગ લાક્ષણિકતાઓ

ના

1. સ્થિર લાક્ષણિકતાઓ

સ્વિચિંગ એલિમેન્ટ તરીકે, MOSFET બે સ્થિતિમાં પણ કામ કરે છે: બંધ અથવા ચાલુ. MOSFET એ વોલ્ટેજ-નિયંત્રિત ઘટક હોવાથી, તેની કાર્યકારી સ્થિતિ મુખ્યત્વે ગેટ-સોર્સ વોલ્ટેજ uGS દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

 

કાર્યકારી લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે:

※ uGS＜ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ UT: MOSFET કટ-ઓફ વિસ્તારમાં કામ કરે છે, ડ્રેઇન-સોર્સ વર્તમાન iDS મૂળભૂત રીતે 0 છે, આઉટપુટ વોલ્ટેજ uDS≈UDD છે અને MOSFET "બંધ" સ્થિતિમાં છે.

※ uGS>ટર્ન-ઓન વોલ્ટેજ UT: MOSFET વહન ક્ષેત્રમાં કામ કરે છે, ડ્રેઇન-સોર્સ કરંટ iDS=UDD/(RD+rDS). તેમાંથી, જ્યારે MOSFET ચાલુ હોય ત્યારે rDS એ ડ્રેઇન-સોર્સ રેઝિસ્ટન્સ છે. આઉટપુટ વોલ્ટેજ UDS=UDD?rDS/(RD+rDS), જો rDS＜＜RD, uDS≈0V હોય, તો MOSFET "ચાલુ" સ્થિતિમાં છે.

2. ગતિશીલ લાક્ષણિકતાઓ

MOSFET માં ચાલુ અને બંધ સ્થિતિઓ વચ્ચે સ્વિચ કરતી વખતે સંક્રમણ પ્રક્રિયા પણ હોય છે, પરંતુ તેની ગતિશીલ લાક્ષણિકતાઓ મુખ્યત્વે સર્કિટ સંબંધિત સ્ટ્રે કેપેસિટેન્સને ચાર્જ કરવા અને ડિસ્ચાર્જ કરવા માટે જરૂરી સમય અને ટ્યુબ પોતે ચાલુ અને બંધ હોય ત્યારે ચાર્જ સંચય અને ડિસ્ચાર્જ પર આધાર રાખે છે. વિસર્જનનો સમય ખૂબ જ નાનો છે.

જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ UI ઉચ્ચથી નીચામાં બદલાય છે અને MOSFET ઓન સ્ટેટથી ઓફ સ્ટેટમાં બદલાય છે, ત્યારે પાવર સપ્લાય UDD RD દ્વારા સ્ટ્રે કેપેસીટન્સ CL ને ચાર્જ કરે છે, અને ચાર્જિંગ સમય સતત τ1=RDCL. તેથી, આઉટપુટ વોલ્ટેજ uo ને નીચા સ્તરથી ઉચ્ચ સ્તર સુધી બદલતા પહેલા ચોક્કસ વિલંબમાંથી પસાર થવાની જરૂર છે; જ્યારે ઇનપુટ વોલ્ટેજ UI નીચાથી ઉચ્ચમાં બદલાય છે અને MOSFET ઑફ સ્ટેટમાંથી ઑન સ્ટેટમાં બદલાય છે, ત્યારે સ્ટ્રે કેપેસીટન્સ CL પરનો ચાર્જ આરડીએસમાંથી પસાર થાય છે, ડિસ્ચાર્જ સમય સ્થિર τ2≈rDSCL સાથે થાય છે. તે જોઈ શકાય છે કે આઉટપુટ વોલ્ટેજ Uo ને પણ નીચા સ્તરે સંક્રમણ થાય તે પહેલા ચોક્કસ વિલંબની જરૂર છે. પરંતુ આરડીએસ આરડી કરતાં ઘણો નાનો હોવાને કારણે, કટ-ઓફથી વહનમાં રૂપાંતરનો સમય વહનથી કટ-ઓફમાં રૂપાંતર સમય કરતાં ઓછો છે.

કારણ કે MOSFET નો ડ્રેઇન-સ્રોત પ્રતિકાર આરડીએસ જ્યારે તે ચાલુ હોય ત્યારે તે ટ્રાન્ઝિસ્ટરના સંતૃપ્તિ પ્રતિકાર આરસીઇએસ કરતા ઘણો મોટો હોય છે, અને બાહ્ય ડ્રેઇન પ્રતિકાર આરડી ટ્રાંઝિસ્ટરના કલેક્ટર પ્રતિકાર આરસી કરતા પણ મોટો હોય છે, ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગનો સમય MOSFET નું લાંબું છે, MOSFET બનાવે છે સ્વિચિંગ ઝડપ ટ્રાંઝિસ્ટર કરતા ઓછી છે. જો કે, CMOS સર્કિટમાં, ચાર્જિંગ સર્કિટ અને ડિસ્ચાર્જિંગ સર્કિટ બંને ઓછા-પ્રતિરોધક સર્કિટ હોવાથી, ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાઓ પ્રમાણમાં ઝડપી હોય છે, પરિણામે CMOS સર્કિટ માટે સ્વિચિંગની ઝડપ વધુ હોય છે.