MOSFET پیکیج سوئچنگ ٹیوب سلیکشن اور سرکٹ ڈایاگرام

پہلا قدم کا انتخاب کرنا ہے۔MOSFETs، جو دو اہم اقسام میں آتے ہیں: N-channel اور P-channel۔ پاور سسٹم میں، MOSFETs کو برقی سوئچ کے طور پر سوچا جا سکتا ہے۔ جب N-چینل MOSFET کے گیٹ اور ماخذ کے درمیان ایک مثبت وولٹیج شامل کیا جاتا ہے، تو اس کا سوئچ چلتا ہے۔ ترسیل کے دوران، کرنٹ سوئچ کے ذریعے نالی سے منبع تک جا سکتا ہے۔ ڈرین اور ماخذ کے درمیان ایک اندرونی مزاحمت موجود ہے جسے آن ریزسٹنس RDS(ON) کہتے ہیں۔ یہ واضح ہونا چاہیے کہ MOSFET کا گیٹ ایک ہائی مائبادی ٹرمینل ہے، اس لیے گیٹ میں ہمیشہ ایک وولٹیج شامل کیا جاتا ہے۔ یہ زمین کی مزاحمت ہے جس سے گیٹ جڑا ہوا ہے بعد میں پیش کردہ سرکٹ ڈایاگرام میں۔ اگر گیٹ کو لٹکا ہوا چھوڑ دیا جاتا ہے، تو ڈیوائس ڈیزائن کے مطابق کام نہیں کرے گی اور نامناسب لمحات میں آن یا آف ہو سکتی ہے، جس کے نتیجے میں سسٹم میں بجلی کا ممکنہ نقصان ہو سکتا ہے۔ جب سورس اور گیٹ کے درمیان وولٹیج صفر ہو جاتا ہے، تو سوئچ آف ہو جاتا ہے اور کرنٹ ڈیوائس کے ذریعے بہنا بند ہو جاتا ہے۔ اگرچہ اس مقام پر ڈیوائس آف کر دی گئی ہے، پھر بھی ایک چھوٹا کرنٹ موجود ہے، جسے لیکیج کرنٹ، یا IDSS کہا جاتا ہے۔

 

 

مرحلہ 1: این چینل یا پی چینل کا انتخاب کریں۔

کسی ڈیزائن کے لیے صحیح ڈیوائس کا انتخاب کرنے کا پہلا مرحلہ یہ ہے کہ یہ فیصلہ کیا جائے کہ N-channel یا P-channel MOSFET استعمال کرنا ہے۔ ایک عام پاور ایپلی کیشن میں، جب MOSFET کو گراؤنڈ کیا جاتا ہے اور لوڈ ٹرنک وولٹیج سے منسلک ہوتا ہے، تو MOSFET کم وولٹیج سائیڈ سوئچ کو تشکیل دیتا ہے۔ کم وولٹیج والے سائیڈ سوئچ میں، ایک N-چینلMOSFETآلہ کو بند کرنے یا آن کرنے کے لیے درکار وولٹیج کو مدنظر رکھتے ہوئے استعمال کیا جانا چاہیے۔ جب MOSFET بس سے منسلک ہوتا ہے اور لوڈ گراؤنڈ ہوجاتا ہے، تو ہائی وولٹیج سائیڈ سوئچ استعمال کرنا ہوتا ہے۔ P-channel MOSFET عام طور پر اس ٹوپولوجی میں استعمال کیا جاتا ہے، دوبارہ وولٹیج ڈرائیو پر غور کرنے کے لیے۔

مرحلہ 2: موجودہ درجہ بندی کا تعین کریں۔

دوسرا مرحلہ MOSFET کی موجودہ درجہ بندی کا انتخاب کرنا ہے۔ سرکٹ کے ڈھانچے پر منحصر ہے، یہ موجودہ درجہ بندی زیادہ سے زیادہ کرنٹ ہونی چاہیے جسے ہر حال میں بوجھ برداشت کر سکتا ہے۔ وولٹیج کے معاملے کی طرح، ڈیزائنر کو یہ یقینی بنانا چاہیے کہ منتخب کردہ MOSFET اس موجودہ درجہ بندی کو برداشت کر سکتا ہے، یہاں تک کہ جب نظام اسپائک کرنٹ پیدا کر رہا ہو۔ زیر غور دو موجودہ معاملات مسلسل موڈ اور پلس اسپائکس ہیں۔ یہ پیرامیٹر حوالہ کے طور پر FDN304P ٹیوب ڈیٹا شیٹ پر مبنی ہے اور پیرامیٹر کو شکل میں دکھایا گیا ہے:

 

 

 

مسلسل کنڈکشن موڈ میں، MOSFET مستحکم حالت میں ہوتا ہے، جب کرنٹ ڈیوائس کے ذریعے مسلسل بہہ جاتا ہے۔ پلس اسپائکس اس وقت ہوتی ہیں جب آلے کے ذریعے بہت زیادہ سرج (یا اسپائک کرنٹ) ہوتا ہے۔ ایک بار جب ان حالات کے تحت زیادہ سے زیادہ کرنٹ کا تعین ہو جائے تو، یہ صرف ایک ایسا آلہ منتخب کرنے کا معاملہ ہے جو اس زیادہ سے زیادہ کرنٹ کو برداشت کر سکے۔

ریٹیڈ کرنٹ کو منتخب کرنے کے بعد، آپ کو ترسیل کے نقصان کا بھی حساب لگانا چاہیے۔ عملی طور پر،MOSFETمثالی آلہ نہیں ہے، کیونکہ ترسیلی عمل میں بجلی کا نقصان ہوگا، جسے ترسیل کا نقصان کہا جاتا ہے۔ ایک متغیر مزاحمت کی طرح "آن" میں MOSFET، آلہ کے RDS (ON) کے ذریعے متعین کیا جاتا ہے، اور درجہ حرارت اور اہم تبدیلیوں کے ساتھ۔ ڈیوائس کی بجلی کی کھپت کا حساب Iload2 x RDS(ON) سے لگایا جا سکتا ہے، اور چونکہ آن مزاحمت درجہ حرارت کے ساتھ مختلف ہوتی ہے، اس لیے بجلی کی کھپت متناسب طور پر مختلف ہوتی ہے۔ MOSFET پر جتنی زیادہ وولٹیج VGS لگائی جائے گی، RDS(ON) اتنا ہی چھوٹا ہوگا۔ اس کے برعکس RDS(ON) جتنا زیادہ ہوگا۔ سسٹم ڈیزائنر کے لیے، یہ وہ جگہ ہے جہاں سسٹم وولٹیج کے لحاظ سے ٹریڈ آفس کام میں آتا ہے۔ پورٹیبل ڈیزائن کے لیے، کم وولٹیجز کا استعمال کرنا آسان (اور زیادہ عام) ہے، جب کہ صنعتی ڈیزائن کے لیے، زیادہ وولٹیج استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ نوٹ کریں کہ کرنٹ کے ساتھ RDS(ON) مزاحمت قدرے بڑھ جاتی ہے۔ RDS(ON) ریزسٹر کے مختلف الیکٹریکل پیرامیٹرز میں تغیرات مینوفیکچرر کی طرف سے فراہم کردہ تکنیکی ڈیٹا شیٹ میں دیکھے جا سکتے ہیں۔

 

 

 

مرحلہ 3: تھرمل ضروریات کا تعین کریں۔

MOSFET کو منتخب کرنے کا اگلا مرحلہ سسٹم کی تھرمل ضروریات کا حساب لگانا ہے۔ ڈیزائنر کو دو مختلف منظرناموں پر غور کرنا چاہیے، بدترین کیس اور سچا کیس۔ بدترین صورت حال کے حساب کتاب کی سفارش کی جاتی ہے کیونکہ یہ نتیجہ حفاظت کا ایک بڑا مارجن فراہم کرتا ہے اور اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ سسٹم ناکام نہیں ہوگا۔ MOSFET ڈیٹا شیٹ پر کچھ پیمائشیں بھی ہیں جن سے آگاہ ہونا ضروری ہے۔ جیسے پیکڈ ڈیوائس کے سیمی کنڈکٹر جنکشن اور ماحول کے درمیان تھرمل مزاحمت، اور زیادہ سے زیادہ جنکشن کا درجہ حرارت۔

 

ڈیوائس کا جنکشن درجہ حرارت زیادہ سے زیادہ محیطی درجہ حرارت کے علاوہ تھرمل مزاحمت اور بجلی کی کھپت کی پیداوار کے برابر ہے (جنکشن کا درجہ حرارت = زیادہ سے زیادہ محیطی درجہ حرارت + [تھرمل مزاحمت × پاور ڈسپیشن])۔ اس مساوات سے نظام کی زیادہ سے زیادہ بجلی کی کھپت کو حل کیا جا سکتا ہے، جو کہ تعریف کے لحاظ سے I2 x RDS(ON) کے برابر ہے۔ چونکہ اہلکاروں نے آلہ سے گزرنے والے زیادہ سے زیادہ کرنٹ کا تعین کیا ہے، اس لیے مختلف درجہ حرارت کے لیے RDS(ON) کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ سادہ تھرمل ماڈلز کے ساتھ کام کرتے وقت، ڈیزائنر کو سیمی کنڈکٹر جنکشن/ڈیوائس کیس اور کیس/ماحول کی حرارت کی صلاحیت پر بھی غور کرنا چاہیے۔ یعنی، یہ ضروری ہے کہ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ اور پیکج فوری طور پر گرم نہ ہوں۔

عام طور پر، ایک PMOSFET، وہاں ایک طفیلی ڈایڈڈ موجود ہوگا، ڈایڈڈ کا کام سورس ڈرین ریورس کنکشن کو روکنا ہے، PMOS کے لیے، NMOS پر فائدہ یہ ہے کہ اس کا ٹرن آن وولٹیج 0 ہو سکتا ہے، اور وولٹیج کا فرق DS وولٹیج زیادہ نہیں ہے، جبکہ NMOS شرط کے مطابق VGS حد سے زیادہ ہونا چاہیے، جس کی وجہ سے کنٹرول وولٹیج لازمی طور پر مطلوبہ وولٹیج سے زیادہ ہے، اور غیر ضروری پریشانی ہوگی۔ PMOS کو مندرجہ ذیل دو ایپلی کیشنز کے لیے کنٹرول سوئچ کے طور پر چنا گیا ہے۔

 

ڈیوائس کا جنکشن درجہ حرارت زیادہ سے زیادہ محیطی درجہ حرارت کے علاوہ تھرمل مزاحمت اور بجلی کی کھپت کی پیداوار کے برابر ہے (جنکشن کا درجہ حرارت = زیادہ سے زیادہ محیطی درجہ حرارت + [تھرمل مزاحمت × پاور ڈسپیشن])۔ اس مساوات سے نظام کی زیادہ سے زیادہ بجلی کی کھپت کو حل کیا جا سکتا ہے، جو کہ تعریف کے لحاظ سے I2 x RDS(ON) کے برابر ہے۔ چونکہ ڈیزائنر نے زیادہ سے زیادہ کرنٹ کا تعین کیا ہے جو ڈیوائس سے گزرے گا، اس لیے مختلف درجہ حرارت کے لیے RDS(ON) کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ سادہ تھرمل ماڈلز کے ساتھ کام کرتے وقت، ڈیزائنر کو سیمی کنڈکٹر جنکشن/ڈیوائس کیس اور کیس/ماحول کی حرارت کی صلاحیت پر بھی غور کرنا چاہیے۔ یعنی، یہ ضروری ہے کہ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ اور پیکج فوری طور پر گرم نہ ہوں۔

عام طور پر، ایک PMOSFET، وہاں ایک طفیلی ڈایڈڈ موجود ہوگا، ڈایڈڈ کا کام سورس ڈرین ریورس کنکشن کو روکنا ہے، PMOS کے لیے، NMOS پر فائدہ یہ ہے کہ اس کا ٹرن آن وولٹیج 0 ہو سکتا ہے، اور وولٹیج کا فرق DS وولٹیج زیادہ نہیں ہے، جبکہ NMOS شرط کے مطابق VGS حد سے زیادہ ہونا چاہیے، جس کی وجہ سے کنٹرول وولٹیج لازمی طور پر مطلوبہ وولٹیج سے زیادہ ہے، اور غیر ضروری پریشانی ہوگی۔ PMOS کو مندرجہ ذیل دو ایپلی کیشنز کے لیے کنٹرول سوئچ کے طور پر چنا گیا ہے۔

اس سرکٹ کو دیکھتے ہوئے، کنٹرول سگنل PGC کنٹرول کرتا ہے کہ آیا V4.2 P_GPRS کو بجلی فراہم کرتا ہے یا نہیں۔ یہ سرکٹ، سورس اور ڈرین ٹرمینلز ریورس سے منسلک نہیں ہیں، R110 اور R113 اس معنی میں موجود ہیں کہ R110 کنٹرول گیٹ کرنٹ بہت بڑا نہیں ہے، R113 عام گیٹ کو کنٹرول کرتا ہے، R113 پل اپ اونچائی تک، PMOS کے مطابق ، بلکہ کنٹرول سگنل پر پل اپ کے طور پر بھی دیکھا جا سکتا ہے، جب MCU اندرونی پن اور پل اپ، یعنی اوپن ڈرین کی آؤٹ پٹ جب آؤٹ پٹ اوپن ڈرین ہے، اور PMOS کو نہیں چلا سکتا۔ بند، اس وقت، پل اپ دی گئی بیرونی وولٹیج کے لیے ضروری ہے، لہذا ریزسٹر R113 دو کردار ادا کرتا ہے۔ اسے پل اپ دینے کے لیے ایک بیرونی وولٹیج کی ضرورت ہوگی، اس لیے ریزسٹر R113 دو کردار ادا کرتا ہے۔ r110 چھوٹا ہو سکتا ہے، 100 اوہم تک بھی ہو سکتا ہے۔