پاور MOSFETs کے ہر پیرامیٹر کی وضاحت

VDSS زیادہ سے زیادہ ڈرین سورس وولٹیج

گیٹ سورس کے مختصر ہونے کے ساتھ، ڈرین سورس وولٹیج کی درجہ بندی (VDSS) زیادہ سے زیادہ وولٹیج ہے جو برفانی تودے کے ٹوٹنے کے بغیر ڈرین سورس پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔ درجہ حرارت پر منحصر ہے، اصل برفانی تودے کے ٹوٹنے کا وولٹیج درجہ بندی شدہ VDSS سے کم ہو سکتا ہے۔ V(BR)DSS کی تفصیلی وضاحت کے لیے، الیکٹرو سٹیٹک دیکھیں

V(BR)DSS کی تفصیلی وضاحت کے لیے، الیکٹرو سٹیٹک خصوصیات دیکھیں۔

VGS زیادہ سے زیادہ گیٹ سورس وولٹیج

VGS وولٹیج کی درجہ بندی زیادہ سے زیادہ وولٹیج ہے جو گیٹ سورس کے کھمبوں کے درمیان لگائی جا سکتی ہے۔ اس وولٹیج کی درجہ بندی کا بنیادی مقصد ضرورت سے زیادہ وولٹیج کی وجہ سے گیٹ آکسائیڈ کو پہنچنے والے نقصان کو روکنا ہے۔ اصل وولٹیج جسے گیٹ آکسائیڈ برداشت کر سکتا ہے وہ درجہ بند وولٹیج سے بہت زیادہ ہے، لیکن مینوفیکچرنگ کے عمل کے ساتھ مختلف ہوگا۔

اصل گیٹ آکسائیڈ ریٹیڈ وولٹیج سے کہیں زیادہ وولٹیج کا مقابلہ کر سکتا ہے، لیکن یہ مینوفیکچرنگ کے عمل کے ساتھ مختلف ہو گا، اس لیے VGS کو ریٹیڈ وولٹیج کے اندر رکھنے سے ایپلی کیشن کی وشوسنییتا یقینی ہو گی۔

ID - مسلسل رساو کرنٹ

ID کی تعریف زیادہ سے زیادہ قابل اجازت مسلسل DC کرنٹ کے طور پر کی جاتی ہے جو کہ زیادہ سے زیادہ درجہ بند جنکشن درجہ حرارت، TJ(زیادہ سے زیادہ) اور ٹیوب کی سطح کا درجہ حرارت 25°C یا اس سے زیادہ ہے۔ یہ پیرامیٹر جنکشن اور کیس، RθJC، اور کیس کے درجہ حرارت کے درمیان درجہ بند تھرمل مزاحمت کا ایک فنکشن ہے:

سوئچنگ نقصانات ID میں شامل نہیں ہیں اور عملی استعمال کے لیے ٹیوب کی سطح کا درجہ حرارت 25°C (Tcase) پر برقرار رکھنا مشکل ہے۔ لہذا، ہارڈ سوئچنگ ایپلی کیشنز میں اصل سوئچنگ کرنٹ عام طور پر ID کی درجہ بندی @ TC = 25°C کے نصف سے بھی کم ہوتا ہے، عام طور پر 1/3 سے 1/4 کی حد میں ہوتا ہے۔ تکمیلی

مزید برآں، ایک مخصوص درجہ حرارت پر ID کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے اگر تھرمل ریزسٹنس JA استعمال کیا جائے، جو کہ زیادہ حقیقت پسندانہ قدر ہے۔

IDM - امپلس ڈرین کرنٹ

یہ پیرامیٹر پلسڈ کرنٹ کی مقدار کو ظاہر کرتا ہے جو آلہ سنبھال سکتا ہے، جو کہ مسلسل DC کرنٹ سے بہت زیادہ ہے۔ IDM کی تعریف کرنے کا مقصد یہ ہے: لائن کا اوہمک علاقہ۔ ایک مخصوص گیٹ سورس وولٹیج کے لیے،MOSFETزیادہ سے زیادہ ڈرین کرنٹ کے ساتھ چلتا ہے۔

موجودہ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے، ایک دیے گئے گیٹ سورس وولٹیج کے لیے، اگر آپریٹنگ پوائنٹ لکیری علاقے میں واقع ہے، تو ڈرین کرنٹ میں اضافہ ڈرین سورس وولٹیج کو بڑھاتا ہے، جس سے ترسیل کے نقصانات میں اضافہ ہوتا ہے۔ ہائی پاور پر طویل آپریشن کے نتیجے میں ڈیوائس کی ناکامی ہو گی۔ اس وجہ سے

لہذا، برائے نام IDM کو عام گیٹ ڈرائیو وولٹیجز پر خطے کے نیچے سیٹ کرنے کی ضرورت ہے۔ خطے کا کٹ آف پوائنٹ Vgs اور وکر کے چوراہے پر ہے۔

لہذا، چپ کو زیادہ گرم ہونے اور جلنے سے روکنے کے لیے اوپری موجودہ کثافت کی حد مقرر کرنے کی ضرورت ہے۔ یہ بنیادی طور پر پیکیج لیڈز کے ذریعے ضرورت سے زیادہ کرنٹ کے بہاؤ کو روکنے کے لیے ہے، کیونکہ بعض صورتوں میں پوری چپ پر "کمزور کنکشن" چپ نہیں ہوتا، بلکہ پیکیج لیڈ ہوتا ہے۔

IDM پر تھرمل اثرات کی حدود پر غور کرتے ہوئے، درجہ حرارت میں اضافہ نبض کی چوڑائی، دالوں کے درمیان وقت کا وقفہ، گرمی کی کھپت، RDS(آن)، اور پلس کرنٹ کی لہر کی شکل اور طول و عرض پر منحصر ہے۔ صرف یہ اطمینان کرنا کہ نبض کا کرنٹ IDM کی حد سے زیادہ نہیں ہے اس بات کی ضمانت نہیں دیتا کہ جنکشن کا درجہ حرارت

زیادہ سے زیادہ قابل اجازت قیمت سے زیادہ نہیں ہے۔ نبض شدہ کرنٹ کے تحت جنکشن کے درجہ حرارت کا اندازہ تھرمل اور مکینیکل پراپرٹیز میں عارضی تھرمل مزاحمت کی بحث کا حوالہ دے کر لگایا جا سکتا ہے۔

PD - کل قابل اجازت چینل پاور ڈسپیشن

کل قابل اجازت چینل پاور ڈسپیپشن زیادہ سے زیادہ پاور ڈسپیپشن کو کیلیبریٹ کرتا ہے جسے ڈیوائس کے ذریعے ختم کیا جا سکتا ہے اور 25°C کے کیس ٹمپریچر پر زیادہ سے زیادہ جنکشن ٹمپریچر اور تھرمل ریزسٹنس کے فنکشن کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

TJ, TSTG - آپریٹنگ اور اسٹوریج ایمبیئنٹ ٹمپریچر رینج

یہ دو پیرامیٹرز آلہ کے آپریٹنگ اور سٹوریج کے ماحول کے ذریعہ اجازت یافتہ جنکشن درجہ حرارت کی حد کو کیلیبریٹ کرتے ہیں۔ درجہ حرارت کی یہ حد ڈیوائس کی کم از کم آپریٹنگ لائف کو پورا کرنے کے لیے سیٹ کی گئی ہے۔ اس بات کو یقینی بنانا کہ آلہ اس درجہ حرارت کی حد میں کام کرتا ہے اس کی آپریٹنگ زندگی کو بہت زیادہ بڑھا دے گا۔

EAS-Single Pulse Avalanche Breakdown Energy

 

اگر وولٹیج اوور شوٹ (عام طور پر لیکیج کرنٹ اور سٹری انڈکٹنس کی وجہ سے) بریک ڈاؤن وولٹیج سے زیادہ نہیں ہے، تو ڈیوائس برفانی تودے کے ٹوٹنے سے نہیں گزرے گی اور اس لیے اسے برفانی تودے کے ٹوٹنے کو ختم کرنے کی صلاحیت کی ضرورت نہیں ہے۔ برفانی تودے کے ٹوٹنے کی توانائی عارضی اوور شوٹ کو کیلیبریٹ کرتی ہے جسے آلہ برداشت کر سکتا ہے۔

برفانی تودے کی خرابی کی توانائی عارضی اوور شوٹ وولٹیج کی محفوظ قدر کی وضاحت کرتی ہے جسے ایک آلہ برداشت کر سکتا ہے، اور یہ اس توانائی کی مقدار پر منحصر ہے جسے برفانی تودے کے ٹوٹنے کے لیے ضائع کرنے کی ضرورت ہے۔

ایک آلہ جو برفانی تودے کی خرابی کی توانائی کی درجہ بندی کی وضاحت کرتا ہے وہ عام طور پر EAS کی درجہ بندی کی بھی وضاحت کرتا ہے، جو کہ UIS درجہ بندی کے معنی میں مماثلت رکھتا ہے، اور یہ بتاتا ہے کہ یہ آلہ کتنی ریورس برفانی تودے کی بریک ڈاؤن توانائی کو محفوظ طریقے سے جذب کر سکتا ہے۔

L انڈکٹنس ویلیو ہے اور iD انڈکٹر میں بہنے والا چوٹی کرنٹ ہے، جو پیمائش کے آلے میں اچانک نالی کرنٹ میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ انڈکٹر میں پیدا ہونے والا وولٹیج MOSFET بریک ڈاؤن وولٹیج سے زیادہ ہے اور اس کے نتیجے میں برفانی تودے کی خرابی ہوگی۔ جب برفانی تودے کی خرابی واقع ہوتی ہے، انڈکٹر میں کرنٹ MOSFET ڈیوائس سے گزرے گا اگرچہMOSFETبند ہے انڈکٹر میں ذخیرہ شدہ توانائی آوارہ انڈکٹر میں ذخیرہ شدہ توانائی سے ملتی جلتی ہے اور MOSFET کے ذریعہ ختم کردی جاتی ہے۔

جب MOSFETs متوازی طور پر جڑے ہوتے ہیں، تو بریک ڈاؤن وولٹیجز آلات کے درمیان بمشکل ایک جیسے ہوتے ہیں۔ جو عام طور پر ہوتا ہے وہ یہ ہے کہ برفانی تودے کے ٹوٹنے کا تجربہ کرنے والا پہلا آلہ ہوتا ہے اور اس کے بعد آنے والے تمام برفانی تودے کے بریک ڈاؤن کرنٹ (توانائی) اس آلے سے گزرتے ہیں۔

کان - بار بار برفانی تودے کی توانائی

بار بار برفانی تودے کی توانائی ایک "صنعت کا معیار" بن چکی ہے، لیکن فریکوئنسی، دیگر نقصانات اور ٹھنڈک کی مقدار کو طے کیے بغیر، اس پیرامیٹر کا کوئی مطلب نہیں ہے۔ گرمی کی کھپت (ٹھنڈا کرنے) کی حالت اکثر بار بار برفانی تودے کی توانائی کو کنٹرول کرتی ہے۔ برفانی تودے کے ٹوٹنے سے پیدا ہونے والی توانائی کی سطح کا اندازہ لگانا بھی مشکل ہے۔

برفانی تودے کے ٹوٹنے سے پیدا ہونے والی توانائی کی سطح کا اندازہ لگانا بھی مشکل ہے۔

ای اے آر کی درجہ بندی کا اصل مطلب بار بار برفانی تودے کے ٹوٹنے والی توانائی کو کیلیبریٹ کرنا ہے جسے آلہ برداشت کر سکتا ہے۔ یہ تعریف فرض کرتی ہے کہ فریکوئنسی کی کوئی حد نہیں ہے تاکہ ڈیوائس زیادہ گرم نہ ہو، جو کسی بھی ڈیوائس کے لیے حقیقت پسندانہ ہے جہاں برفانی تودے کا ٹوٹنا ہو سکتا ہے۔

یہ دیکھنے کے لیے کہ آیا MOSFET ڈیوائس کے ڈیزائن کی تصدیق کے دوران زیادہ گرم ہو رہی ہے، خاص طور پر ان آلات کے لیے جہاں برفانی تودے کے ٹوٹنے کا امکان ہے۔

IAR - برفانی تودہ بریک ڈاؤن کرنٹ

کچھ آلات کے لیے، برفانی تودے کے ٹوٹنے کے دوران چپ پر موجودہ سیٹ کنارے کا رجحان اس بات کا تقاضا کرتا ہے کہ برفانی تودے کا موجودہ IAR محدود ہو۔ اس طرح، برفانی تودے کا کرنٹ برفانی تودے کے ٹوٹنے کی توانائی کی تفصیلات کا "فائن پرنٹ" بن جاتا ہے۔ یہ آلہ کی حقیقی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔

حصہ II جامد برقی خصوصیات

V(BR)DSS: ڈرین سورس بریک ڈاؤن وولٹیج (ڈسٹرکشن وولٹیج)

V(BR)DSS (جسے کبھی کبھی VBDSS بھی کہا جاتا ہے) ڈرین سورس وولٹیج ہے جس پر نالے میں بہنے والا کرنٹ ایک مخصوص درجہ حرارت پر ایک خاص قدر تک پہنچ جاتا ہے اور گیٹ سورس کو کم کیا جاتا ہے۔ اس معاملے میں ڈرین سورس وولٹیج برفانی تودے کے ٹوٹنے کا وولٹیج ہے۔

V(BR)DSS ایک مثبت درجہ حرارت کا گتانک ہے، اور کم درجہ حرارت پر V(BR)DSS 25°C پر ڈرین سورس وولٹیج کی زیادہ سے زیادہ درجہ بندی سے کم ہے۔ -50°C پر، V(BR)DSS -50°C پر ڈرین سورس وولٹیج کی زیادہ سے زیادہ درجہ بندی سے کم ہے۔ -50°C پر، V(BR)DSS 25°C پر زیادہ سے زیادہ ڈرین سورس وولٹیج کی درجہ بندی کا تقریباً 90% ہے۔

VGS(th), VGS(off): تھریشولڈ وولٹیج

VGS(th) وہ وولٹیج ہے جس پر اضافی گیٹ سورس وولٹیج کی وجہ سے ڈرین میں کرنٹ آنا شروع ہو سکتا ہے، یا MOSFET بند ہونے پر کرنٹ غائب ہو سکتا ہے، اور جانچ کے حالات (ڈرین کرنٹ، ڈرین سورس وولٹیج، جنکشن درجہ حرارت) بھی متعین ہیں۔ عام طور پر، تمام MOS گیٹ آلات مختلف ہوتے ہیں۔

تھریشولڈ وولٹیج مختلف ہوں گے۔ لہذا، VGS(th) کے تغیر کی حد متعین کی گئی ہے۔ VGS(th) ایک منفی درجہ حرارت کا گتانک ہے، جب درجہ حرارت بڑھتا ہے،MOSFETنسبتاً کم گیٹ سورس وولٹیج پر آن ہو جائے گا۔

آر ڈی ایس (آن): آن مزاحمت

RDS(آن) ڈرین سورس ریزسٹنس ہے جو ایک مخصوص ڈرین کرنٹ (عام طور پر ID کرنٹ کا نصف)، گیٹ سورس وولٹیج، اور 25°C پر ماپا جاتا ہے۔ RDS(آن) ڈرین سورس ریزسٹنس ہے جو ایک مخصوص ڈرین کرنٹ (عام طور پر ID کرنٹ کا نصف)، گیٹ سورس وولٹیج، اور 25°C پر ماپا جاتا ہے۔

IDSS: صفر گیٹ وولٹیج ڈرین کرنٹ

IDSS ایک مخصوص ڈرین سورس وولٹیج پر ڈرین اور سورس کے درمیان رساو کرنٹ ہے جب گیٹ سورس وولٹیج صفر ہو۔ چونکہ رساو کرنٹ درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتا ہے، IDSS کو کمرے اور اعلی درجہ حرارت دونوں پر مخصوص کیا جاتا ہے۔ رساو کرنٹ کی وجہ سے بجلی کی کھپت کا حساب IDSS کو ڈرین کے ذرائع کے درمیان وولٹیج سے ضرب دے کر لگایا جا سکتا ہے، جو عام طور پر نہ ہونے کے برابر ہوتا ہے۔

IGSS - گیٹ سورس لیکیج کرنٹ

IGSS ایک مخصوص گیٹ سورس وولٹیج پر گیٹ کے ذریعے بہنے والا رساو کرنٹ ہے۔

حصہ III متحرک برقی خصوصیات

Ciss : ان پٹ کیپیسیٹینس

گیٹ اور سورس کے درمیان کیپیسیٹینس، نالی کو سورس تک مختصر کرکے AC سگنل سے ماپا جاتا ہے، ان پٹ کیپیسیٹینس ہے۔ Ciss گیٹ ڈرین کیپیسیٹینس، Cgd، اور گیٹ سورس capacitance، Cgs، متوازی طور پر، یا Ciss = Cgs + Cgd کو جوڑ کر بنتا ہے۔ جب ان پٹ کیپیسیٹینس کو تھریشولڈ وولٹیج پر چارج کیا جاتا ہے تو ڈیوائس آن ہو جاتی ہے، اور جب اسے کسی خاص قدر پر خارج کیا جاتا ہے تو اسے بند کر دیا جاتا ہے۔ لہذا، ڈرائیور سرکٹ اور Ciss کا آلہ کے ٹرن آن اور ٹرن آف تاخیر پر براہ راست اثر پڑتا ہے۔

Coss: آؤٹ پٹ کیپیسیٹینس

آؤٹ پٹ کیپیسیٹینس ڈرین اور سورس کے درمیان کیپیسیٹینس ہے جسے AC سگنل سے ماپا جاتا ہے جب گیٹ سورس کو چھوٹا کیا جاتا ہے، Coss ڈرین سورس کیپیسیٹینس Cds اور گیٹ ڈرین کیپیسیٹینس Cgd، یا Coss = Cds + Cgd کو متوازی بنا کر بنتا ہے۔ نرم سوئچنگ ایپلی کیشنز کے لیے، Coss بہت اہم ہے کیونکہ یہ سرکٹ میں گونج کا سبب بن سکتا ہے۔

Crss: ریورس ٹرانسفر کیپیسیٹینس

نالی اور گیٹ کے درمیان ماخذ کی بنیاد کے ساتھ کیپیسیٹینس ریورس ٹرانسفر کیپیسیٹینس ہے۔ ریورس ٹرانسفر کیپیسیٹینس گیٹ ڈرین کیپیسیٹینس، Cres = Cgd کے برابر ہے، اور اسے اکثر ملر کیپیسیٹینس کہا جاتا ہے، جو سوئچ کے عروج اور زوال کے اوقات کے لیے سب سے اہم پیرامیٹرز میں سے ایک ہے۔

یہ سوئچنگ کے عروج اور زوال کے اوقات کے لیے ایک اہم پیرامیٹر ہے، اور ٹرن آف میں تاخیر کے وقت کو بھی متاثر کرتا ہے۔ ڈرین وولٹیج بڑھنے کے ساتھ ہی گنجائش کم ہوتی ہے، خاص طور پر آؤٹ پٹ کیپیسیٹینس اور ریورس ٹرانسفر کیپیسیٹینس۔

Qgs، Qgd، اور Qg: گیٹ چارج

گیٹ چارج ویلیو ٹرمینلز کے درمیان کیپسیٹر پر ذخیرہ شدہ چارج کی عکاسی کرتی ہے۔ چونکہ کیپسیٹر پر چارج سوئچنگ کے فوراً بعد وولٹیج کے ساتھ بدل جاتا ہے، اس لیے گیٹ ڈرائیور سرکٹس کو ڈیزائن کرتے وقت گیٹ چارج کے اثر کو اکثر سمجھا جاتا ہے۔

Qgs 0 سے پہلے انفلیکشن پوائنٹ تک کا چارج ہے، Qgd پہلے سے دوسرے انفلیکشن پوائنٹ تک کا حصہ ہے (جسے "ملر" چارج بھی کہا جاتا ہے)، اور Qg 0 سے پوائنٹ تک کا وہ حصہ ہے جہاں VGS ایک مخصوص ڈرائیو کے برابر ہوتا ہے۔ وولٹیج

لیکیج کرنٹ اور لیکیج سورس وولٹیج میں تبدیلیوں کا گیٹ چارج ویلیو پر نسبتاً کم اثر پڑتا ہے، اور گیٹ چارج درجہ حرارت کے ساتھ تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ ٹیسٹ کی شرائط بیان کی گئی ہیں۔ گیٹ چارج کا گراف ڈیٹا شیٹ میں دکھایا گیا ہے، جس میں فکسڈ لیکیج کرنٹ اور مختلف رساو سورس وولٹیج کے لیے متعلقہ گیٹ چارج ویری ایشن کروز شامل ہیں۔

فکسڈ ڈرین کرنٹ اور مختلف ڈرین سورس وولٹیج کے لیے متعلقہ گیٹ چارج ویری ایشن کروز ڈیٹا شیٹس میں شامل ہیں۔ گراف میں، سطح مرتفع وولٹیج VGS(pl) بڑھتے ہوئے کرنٹ کے ساتھ کم بڑھتا ہے (اور کم ہوتے کرنٹ کے ساتھ کم ہوتا ہے)۔ سطح مرتفع وولٹیج بھی تھریشولڈ وولٹیج کے متناسب ہے، لہذا ایک مختلف تھریشولڈ وولٹیج ایک مختلف سطح مرتفع وولٹیج پیدا کرے گا۔

وولٹیج

درج ذیل خاکہ زیادہ مفصل اور لاگو کیا گیا ہے:

td(on): وقت پر تاخیر کا وقت

وقت پر تاخیر کا وقت وہ وقت ہوتا ہے جب گیٹ سورس وولٹیج گیٹ ڈرائیو وولٹیج کے 10% تک بڑھ جاتا ہے جب لیکیج کرنٹ مخصوص کرنٹ کے 10% تک بڑھ جاتا ہے۔

td(آف): تاخیر کا وقت بند

ٹرن آف میں تاخیر کا وقت گزرا ہوا وقت ہے جب گیٹ سورس وولٹیج گیٹ ڈرائیو وولٹیج کے 90% تک گر جاتا ہے جب لیکیج کرنٹ مخصوص کرنٹ کے 90% تک گر جاتا ہے۔ یہ اس تاخیر کو ظاہر کرتا ہے جس کا تجربہ کرنٹ کو لوڈ میں منتقل کرنے سے پہلے ہوا تھا۔

tr : طلوع وقت

عروج کا وقت وہ وقت ہے جو ڈرین کرنٹ کو 10% سے 90% تک بڑھنے میں لیتا ہے۔

tf: گرنے کا وقت

گرنے کا وقت وہ وقت ہے جو ڈرین کرنٹ کو 90% سے 10% تک گرنے میں لیتا ہے۔