بڑے پیکیج MOSFET ڈرائیور سرکٹ

سب سے پہلے، MOSFET کی قسم اور ساخت،MOSFETایک FET ہے (دوسرا JFET ہے)، بہتر یا کمی کی قسم، P-چینل یا N-چینل کی کل چار اقسام میں تیار کیا جا سکتا ہے، لیکن اصل اطلاق صرف بڑھا ہوا N-چینل MOSFETs اور بہتر P-چینل MOSFETs، لہذا عام طور پر NMOS یا PMOS کہا جاتا ہے ان دو قسموں سے مراد ہے۔ ان دو قسم کے بہتر MOSFETs کے لیے، زیادہ عام طور پر استعمال ہونے والا NMOS ہے، اس کی وجہ یہ ہے کہ آن مزاحمت چھوٹی ہے، اور تیاری میں آسان ہے۔ لہذا، NMOS عام طور پر بجلی کی فراہمی اور موٹر ڈرائیو ایپلی کیشنز کو سوئچ کرنے میں استعمال کیا جاتا ہے.

مندرجہ ذیل تعارف میں، زیادہ تر معاملات پر NMOS کا غلبہ ہے۔ پرجیوی گنجائش MOSFET کے تین پنوں کے درمیان موجود ہے، ایک خصوصیت جس کی ضرورت نہیں ہے لیکن مینوفیکچرنگ کے عمل کی حدود کی وجہ سے پیدا ہوتی ہے۔ پرجیوی کیپیسیٹینس کی موجودگی ڈرائیور سرکٹ کو ڈیزائن یا منتخب کرنا تھوڑا مشکل بنا دیتی ہے۔ نالی اور منبع کے درمیان ایک طفیلی ڈایڈڈ ہوتا ہے۔ اسے باڈی ڈائیوڈ کہا جاتا ہے اور یہ موٹرز جیسے دلکش بوجھ چلانے میں اہم ہے۔ ویسے، باڈی ڈائیوڈ صرف انفرادی MOSFETs میں موجود ہے اور عام طور پر IC چپ کے اندر موجود نہیں ہوتا ہے۔

 

MOSFETسوئچنگ ٹیوب کا نقصان، چاہے وہ NMOS ہو یا PMOS، آن ریزسٹنس کی ترسیل کے بعد، تاکہ کرنٹ اس مزاحمت میں توانائی استعمال کرے، استعمال شدہ توانائی کے اس حصے کو ترسیل نقصان کہا جاتا ہے۔ کم آن ریزسٹنس والے MOSFETs کا انتخاب آن مزاحمتی نقصان کو کم کر دے گا۔ آج کل، کم طاقت والے MOSFETs کی آن ریزسٹنس عام طور پر دسیوں ملی اوہمس کے لگ بھگ ہوتی ہے، اور چند ملی اوہمز بھی دستیاب ہیں۔ MOSFETs کو فوری طور پر مکمل نہیں ہونا چاہیے جب وہ آن اور آف ہوں۔ MOSFET کے دو سرے، اور اس کے ذریعے بہنے والے کرنٹ کو بڑھانے کا عمل ہوتا ہے۔ اس مدت کے دوران، MOSFETs کا نقصان وولٹیج اور کرنٹ کی پیداوار ہے، جسے سوئچنگ نقصان کہا جاتا ہے۔ عام طور پر سوئچنگ کا نقصان ترسیل کے نقصان سے بہت بڑا ہوتا ہے، اور سوئچنگ فریکوئنسی جتنی تیز ہوگی، نقصان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ ترسیل کے فوری طور پر وولٹیج اور کرنٹ کی پیداوار بہت بڑی ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں بڑے نقصانات ہوتے ہیں۔ سوئچنگ کے وقت کو کم کرنے سے ہر ترسیل میں نقصان کم ہو جاتا ہے۔ سوئچنگ فریکوئنسی کو کم کرنے سے فی یونٹ وقت میں سوئچز کی تعداد کم ہو جاتی ہے۔ یہ دونوں نقطہ نظر سوئچنگ کے نقصانات کو کم کرتے ہیں۔

دوئبرووی ٹرانجسٹروں کے مقابلے میں، عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ a بنانے کے لیے کسی کرنٹ کی ضرورت نہیں ہے۔MOSFETطرز عمل، جب تک کہ GS وولٹیج ایک خاص قدر سے اوپر ہو۔ یہ کرنا آسان ہے، تاہم، ہمیں رفتار کی بھی ضرورت ہے۔ جیسا کہ آپ MOSFET کے ڈھانچے میں دیکھ سکتے ہیں، GS, GD کے درمیان ایک طفیلی کیپیسیٹینس ہے اور MOSFET کی ڈرائیونگ، درحقیقت، capacitance کو چارج کرنا اور خارج کرنا ہے۔ کیپسیٹر کو چارج کرنے کے لیے کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے، کیونکہ فوری طور پر کیپیسیٹر کو چارج کرنا شارٹ سرکٹ کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے، اس لیے فوری کرنٹ زیادہ ہوگا۔ MOSFET ڈرائیور کا انتخاب/ڈیزائن کرتے وقت سب سے پہلے جو چیز نوٹ کرنی ہے وہ ہے فوری طور پر شارٹ سرکٹ کرنٹ کا سائز جو فراہم کیا جا سکتا ہے۔

نوٹ کرنے والی دوسری بات یہ ہے کہ، عام طور پر ہائی اینڈ ڈرائیو NMOS میں استعمال کیا جاتا ہے، آن ٹائم گیٹ وولٹیج کو سورس وولٹیج سے زیادہ ہونا چاہیے۔ ماخذ وولٹیج پر اعلی کے آخر میں ڈرائیو MOSFET اور ڈرین وولٹیج (VCC) ایک ہی ہے، تو پھر گیٹ وولٹیج VCC 4V یا 10V سے زیادہ ہے۔ اگر اسی نظام میں، VCC سے زیادہ وولٹیج حاصل کرنے کے لیے، ہمیں بوسٹ سرکٹ میں مہارت حاصل کرنے کی ضرورت ہے۔ بہت سے موٹر ڈرائیوروں کے پاس چارج پمپ انٹیگریٹڈ ہوتے ہیں، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ MOSFET کو چلانے کے لیے کافی شارٹ سرکٹ کرنٹ حاصل کرنے کے لیے آپ کو مناسب بیرونی گنجائش کا انتخاب کرنا چاہیے۔ 4V یا 10V وولٹیج پر عام طور پر استعمال ہونے والا MOSFET ہے، بالکل ڈیزائن، آپ کے پاس ایک خاص مارجن ہونا ضروری ہے۔ وولٹیج جتنی زیادہ ہوگی، آن اسٹیٹ کی رفتار اتنی ہی تیز ہوگی اور آن اسٹیٹ مزاحمت اتنی ہی کم ہوگی۔ اب مختلف شعبوں میں چھوٹے آن-اسٹیٹ وولٹیج MOSFETs بھی استعمال ہوتے ہیں، لیکن 12V آٹوموٹیو الیکٹرانکس سسٹم میں، عام طور پر 4V آن-اسٹیٹ کافی ہوتا ہے۔ MOSFETs کی سب سے قابل ذکر خصوصیت اچھے کی سوئچنگ کی خصوصیات ہے، اس لیے اسے بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ الیکٹرانک سوئچنگ سرکٹس کی ضرورت ہے، جیسے سوئچنگ پاور سپلائی اور موٹر ڈرائیو، بلکہ لائٹنگ ڈمنگ بھی۔ کنڈکٹنگ کا مطلب ہے ایک سوئچ کے طور پر کام کرنا، جو کہ سوئچ بند کرنے کے مترادف ہے۔ NMOS خصوصیات، ایک خاص قدر سے زیادہ Vgs چلائے گا، اس صورت میں استعمال کے لیے موزوں ہے جب سورس گراؤنڈ ہو (لو اینڈ ڈرائیو)، جب تک کہ گیٹ ہو 4V یا 10V.PMOS خصوصیات کا وولٹیج، ایک خاص قدر سے کم Vgs چلائے گا، اس صورت میں استعمال کے لیے موزوں ہے جب سورس VCC (ہائی اینڈ ڈرائیو) سے منسلک ہو۔ تاہم، اگرچہ PMOS کو ہائی اینڈ ڈرائیور کے طور پر آسانی سے استعمال کیا جا سکتا ہے، NMOS کو عام طور پر ہائی اینڈ ڈرائیورز میں استعمال کیا جاتا ہے جس کی وجہ بڑی آن مزاحمت، زیادہ قیمت، اور کچھ متبادل اقسام ہیں۔

اب MOSFET ڈرائیو کم وولٹیج ایپلی کیشنز، جب 5V بجلی کی فراہمی کا استعمال، اس وقت اگر آپ روایتی کلدیوتا قطب ڈھانچہ استعمال کرتے ہیں، ٹرانزسٹر کی وجہ سے تقریباً 0.7V وولٹیج ڈراپ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں اصل فائنل پر گیٹ میں شامل ہوتا ہے۔ وولٹیج صرف 4.3 V ہے۔ اس وقت، ہم مخصوص خطرات کی موجودگی پر MOSFET کے 4.5V کے برائے نام گیٹ وولٹیج کا انتخاب کرتے ہیں۔ یہی مسئلہ 3V یا دیگر کم وولٹیج پاور سپلائی کے مواقع کے استعمال میں ہوتا ہے۔ ڈوئل وولٹیج کچھ کنٹرول سرکٹس میں استعمال ہوتا ہے جہاں منطق سیکشن ایک عام 5V یا 3.3V ڈیجیٹل وولٹیج استعمال کرتا ہے اور پاور سیکشن 12V یا اس سے بھی زیادہ استعمال کرتا ہے۔ دو وولٹیج ایک مشترکہ زمین کا استعمال کرتے ہوئے منسلک ہیں. یہ ایک ایسا سرکٹ استعمال کرنے کی ضرورت پیش کرتا ہے جو کم وولٹیج والے حصے کو ہائی وولٹیج کی طرف MOSFET کو مؤثر طریقے سے کنٹرول کرنے کی اجازت دیتا ہے، جب کہ ہائی وولٹیج کی طرف MOSFET کو وہی مسائل درپیش ہوں گے جن کا ذکر 1 اور 2 میں کیا گیا ہے۔ تینوں صورتوں میں، ٹوٹیم پول کا ڈھانچہ آؤٹ پٹ کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا، اور بہت سے آف دی شیلف MOSFET ڈرائیور ICs میں گیٹ وولٹیج کو محدود کرنے والا ڈھانچہ شامل نہیں لگتا ہے۔ ان پٹ وولٹیج ایک مقررہ قدر نہیں ہے، یہ وقت یا دیگر عوامل کے ساتھ مختلف ہوتی ہے۔ یہ تغیر PWM سرکٹ کے ذریعے MOSFET کو فراہم کردہ ڈرائیو وولٹیج کو غیر مستحکم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ MOSFET کو ہائی گیٹ وولٹیج سے محفوظ بنانے کے لیے، بہت سے MOSFETs میں گیٹ وولٹیج کے طول و عرض کو زبردستی محدود کرنے کے لیے بلٹ ان وولٹیج ریگولیٹرز ہوتے ہیں۔

 

اس صورت میں، جب فراہم کردہ ڈرائیو وولٹیج ریگولیٹر کے وولٹیج سے زیادہ ہو جائے گا، تو یہ ایک بڑی جامد بجلی کی کھپت کا سبب بنے گا ایک ہی وقت میں، اگر آپ صرف گیٹ وولٹیج کو کم کرنے کے لیے ریزسٹر وولٹیج ڈیوائیڈر کے اصول کو استعمال کرتے ہیں، تو وہاں نسبتاً ہائی ان پٹ وولٹیج، MOSFET اچھی طرح سے کام کرتا ہے، جبکہ ان پٹ وولٹیج کم ہو جاتا ہے جب گیٹ وولٹیج ناکافی طور پر مکمل ترسیل کے لیے ناکافی ہو، اس طرح بجلی کی کھپت میں اضافہ ہوتا ہے۔

یہاں نسبتاً عام سرکٹ صرف NMOS ڈرائیور سرکٹ کے لیے ایک سادہ تجزیہ کرنے کے لیے: Vl اور Vh بالترتیب کم اینڈ اور ہائی اینڈ پاور سپلائی ہیں، دونوں وولٹیج ایک جیسے ہو سکتے ہیں، لیکن Vl Vh سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ Q1 اور Q2 ایک الٹا ٹوٹیم قطب بناتے ہیں، جو تنہائی کو حاصل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور ایک ہی وقت میں یہ یقینی بنانے کے لیے کہ دو ڈرائیور ٹیوبیں Q3 اور Q4 ایک ہی وقت میں آن نہیں ہوں گی۔ R2 اور R3 PWM وولٹیج کا حوالہ فراہم کرتے ہیں، اور اس حوالہ کو تبدیل کرکے، آپ سرکٹ کو اچھی طرح سے کام کر سکتے ہیں، اور گیٹ وولٹیج مکمل ترسیل کا سبب بننے کے لیے کافی نہیں ہے، اس طرح بجلی کی کھپت میں اضافہ ہوتا ہے۔ R2 اور R3 PWM وولٹیج حوالہ فراہم کرتے ہیں، اس حوالہ کو تبدیل کرکے، آپ PWM سگنل ویوفارم میں سرکٹ کو نسبتاً کھڑی اور سیدھی پوزیشن میں کام کرنے دے سکتے ہیں۔ Q3 اور Q4 کا استعمال ڈرائیو کرنٹ فراہم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، وقت پر ہونے کی وجہ سے، Vh اور GND کی نسبت Q3 اور Q4 صرف Vce وولٹیج ڈراپ کی کم از کم ہوتی ہے، یہ وولٹیج ڈراپ عام طور پر صرف 0.3V یا اس سے زیادہ ہوتا ہے، بہت کم 0.7V سے زیادہ Vce R5 اور R6 گیٹ وولٹیج کے نمونے لینے کے لیے فیڈ بیک ریزسٹر ہیں، وولٹیج کا نمونہ لینے کے بعد، گیٹ کا وولٹیج گیٹ وولٹیج کے لیے فیڈ بیک ریزسٹر کے طور پر استعمال ہوتا ہے، اور نمونے کا وولٹیج گیٹ وولٹیج کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ R5 اور R6 فیڈ بیک ریزسٹرس ہیں جو گیٹ وولٹیج کے نمونے کے لیے استعمال ہوتے ہیں، جو پھر Q1 اور Q2 کی بنیادوں پر مضبوط منفی فیڈ بیک بنانے کے لیے Q5 سے گزر جاتے ہیں، اس طرح گیٹ وولٹیج کو ایک محدود قدر تک محدود کر دیا جاتا ہے۔ اس قدر کو R5 اور R6 سے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔ آخر میں، R1 Q3 اور Q4 کو بیس کرنٹ کی حد فراہم کرتا ہے، اور R4 MOSFETs کو گیٹ کرنٹ کی حد فراہم کرتا ہے، جو کہ Q3Q4 کی برف کی حد ہے۔ اگر ضروری ہو تو ایک ایکسلریشن کیپسیٹر کو R4 کے اوپر متوازی طور پر منسلک کیا جا سکتا ہے۔                                         

پورٹیبل ڈیوائسز اور وائرلیس پروڈکٹس کو ڈیزائن کرتے وقت، مصنوعات کی کارکردگی کو بہتر بنانا اور بیٹری کے آپریٹنگ وقت کو بڑھانا وہ دو مسائل ہیں جن کا ڈیزائنرز کو سامنا کرنا پڑتا ہے۔ DC-DC کنورٹرز میں اعلی کارکردگی، زیادہ آؤٹ پٹ کرنٹ اور کم پرسکون کرنٹ کے فوائد ہوتے ہیں، جو پورٹیبل کو پاور کرنے کے لیے بہت موزوں ہیں۔ آلات

DC-DC کنورٹرز میں اعلی کارکردگی، ہائی آؤٹ پٹ کرنٹ اور کم پرسکون کرنٹ کے فوائد ہوتے ہیں، جو پورٹیبل ڈیوائسز کو پاور کرنے کے لیے بہت موزوں ہیں۔ فی الحال، DC-DC کنورٹر ڈیزائن ٹیکنالوجی کی ترقی کے اہم رجحانات میں شامل ہیں: اعلی تعدد ٹیکنالوجی: سوئچنگ فریکوئنسی میں اضافے کے ساتھ، سوئچنگ کنورٹر کا سائز بھی کم ہو گیا ہے، بجلی کی کثافت میں نمایاں اضافہ ہوا ہے، اور متحرک ردعمل کو بہتر بنایا گیا ہے. چھوٹا

پاور DC-DC کنورٹر سوئچنگ فریکوئنسی میگاہرٹز کی سطح تک بڑھ جائے گی۔ کم آؤٹ پٹ وولٹیج ٹیکنالوجی: سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کی مسلسل ترقی کے ساتھ، مائیکرو پروسیسرز اور پورٹیبل الیکٹرانک آلات کا آپریٹنگ وولٹیج کم سے کم ہوتا جا رہا ہے، جس کے لیے مستقبل کی ضرورت ہوتی ہے DC-DC کنورٹر مائیکرو پروسیسر اور پورٹیبل الیکٹرانک آلات کو اپنانے کے لیے کم آؤٹ پٹ وولٹیج فراہم کر سکتا ہے، جو مستقبل کی ضرورت ہے DC-DC کنورٹر مائکرو پروسیسر کو اپنانے کے لیے کم آؤٹ پٹ وولٹیج فراہم کر سکتا ہے۔

مائکرو پروسیسرز اور پورٹیبل الیکٹرانک آلات کو اپنانے کے لیے کم آؤٹ پٹ وولٹیج فراہم کرنے کے لیے کافی ہے۔ یہ تکنیکی ترقی پاور سپلائی چپ سرکٹس کے ڈیزائن کے لیے اعلیٰ تقاضوں کو آگے بڑھاتی ہے۔ سب سے پہلے، بڑھتی ہوئی سوئچنگ فریکوئنسی کے ساتھ، سوئچنگ اجزاء کی کارکردگی کو آگے بڑھایا جاتا ہے۔

سوئچنگ عنصر کی کارکردگی کے لیے اعلی تقاضے، اور اس کے لیے متعلقہ سوئچنگ عنصر ڈرائیو سرکٹ ہونا چاہیے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ سوئچنگ فریکوئنسی میں سوئچنگ عنصر عام آپریشن کی میگاہرٹز سطح تک ہو۔ دوم، بیٹری سے چلنے والے پورٹیبل الیکٹرانک آلات کے لیے، سرکٹ کا آپریٹنگ وولٹیج کم ہے (مثال کے طور پر لیتھیم بیٹریوں کے معاملے میں)۔

لتیم بیٹریاں، مثال کے طور پر، آپریٹنگ وولٹیج 2.5 ~ 3.6V)، تو کم وولٹیج کے لیے پاور سپلائی چپ۔

MOSFET ایک بہت کم پر مزاحمت، کم توانائی کی کھپت ہے، موجودہ مقبول اعلی کارکردگی DC-DC چپ زیادہ MOSFET ایک پاور سوئچ کے طور پر. تاہم، MOSFETs کی بڑی پرجیوی گنجائش کی وجہ سے۔ یہ ہائی آپریٹنگ فریکوئنسی DC-DC کنورٹرز کو ڈیزائن کرنے کے لیے سوئچنگ ٹیوب ڈرائیور سرکٹس کے ڈیزائن پر اعلی ضروریات رکھتا ہے۔ کم وولٹیج ULSI ڈیزائن میں بوٹسٹریپ بوسٹ سٹرکچر اور ڈرائیور سرکٹس کو بڑے کیپسیٹیو بوجھ کے طور پر استعمال کرنے والے مختلف CMOS، BiCMOS لاجک سرکٹس ہیں۔ یہ سرکٹس 1V سے کم وولٹیج کی فراہمی کے حالات میں صحیح طریقے سے کام کرنے کے قابل ہیں، اور لوڈ کیپیسیٹینس 1 ~ 2pF فریکوئنسی دسیوں میگا بٹس یا یہاں تک کہ سینکڑوں میگا ہرٹز تک پہنچ سکتے ہیں۔ اس مقالے میں، بوٹسٹریپ بوسٹ سرکٹ کا استعمال ایک بڑی لوڈ کیپیسیٹینس ڈرائیو کی صلاحیت کو ڈیزائن کرنے کے لیے کیا گیا ہے، جو کم وولٹیج، ہائی سوئچنگ فریکوئنسی بوسٹ DC-DC کنورٹر ڈرائیو سرکٹ کے لیے موزوں ہے۔ ہائی اینڈ MOSFETs کو چلانے کے لیے کم وولٹیج اور PWM۔ MOSFETs کی ہائی گیٹ وولٹیج کی ضروریات کو چلانے کے لیے چھوٹا طول و عرض PWM سگنل۔