MOSFET సేఫ్ ఆపరేటింగ్ ఏరియా లేదా SOA ను అర్థం చేసుకోవడం

విపరీతమైన పరిస్థితులలో, లేదా విపరీతమైన వెదజల్లే పరిస్థితులలో మీ MOSFET ఎంత శక్తిని తట్టుకోగలదో అని మీరు ఆలోచిస్తున్నారా లేదా ఆందోళన చెందుతుంటే, అప్పుడు పరికరం యొక్క SOA గణాంకాలు మీరు చూడవలసినది.

ఈ పోస్ట్‌లో మేము MOSFET డేటాషీట్‌లో చూపిన విధంగా సేఫ్ ఆపరేటింగ్ ఏరియా లేదా SOA గురించి సమగ్రంగా చర్చిస్తాము.

కిందిది మోస్ఫెట్ సేఫ్ ఆపరేటింగ్ ఏరియా లేదా SOA గ్రాఫ్, ఇది సాధారణంగా అందరిలో కనిపిస్తుంది టెక్సాస్ ఇన్స్ట్రుమెంట్స్ డేటా షీట్లు.

MOSFET SOA ను సంతృప్త ప్రాంతంలో పనిచేస్తున్నప్పుడు FET నిర్వహించగల గరిష్ట శక్తిని పేర్కొనే మాగ్నిట్యూడ్ గా వర్ణించబడింది.

SOA గ్రాఫ్ యొక్క పెద్ద సంగ్రహావలోకనం క్రింద ఉన్న తదుపరి చిత్రంలో చూడవచ్చు.

పైన ఉన్న SOA గ్రాఫ్‌లో మనం ఈ పరిమితులు మరియు సరిహద్దులను చూడగలుగుతాము. మరియు గ్రాఫ్‌లో మరింత లోతుగా మనం వేర్వేరు వ్యక్తిగత పల్స్ వ్యవధికి అదనపు పరిమితులను కనుగొంటాము. మరియు గ్రాఫ్ లోపల ఈ పంక్తులు, లెక్కలు లేదా భౌతిక కొలతల ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి.

మునుపటి మరియు పాత డేటాషీట్లలో, ఈ పారామితులు లెక్కించిన విలువలతో అంచనా వేయబడ్డాయి.

అయితే, సాధారణంగా ఈ పారామితులను ఆచరణాత్మకంగా కొలవాలని సిఫార్సు చేయబడింది. మీరు వాటిని సూత్రాలను ఉపయోగించి అంచనా వేస్తే, వాస్తవ ప్రపంచ అనువర్తనంలో FET కంటే అక్షరాలా చాలా పెద్దదిగా ఉండే ot హాత్మక విలువలను మీరు పొందవచ్చు. లేదా FET వాస్తవానికి వ్యవహరించగలిగేదానికి సంబంధించి, మీరు పారామితులను చాలా అణచివేసే స్థాయికి తగ్గించవచ్చు (అధిక-పరిహారం) ఇవ్వవచ్చు.

కాబట్టి మా క్రింది చర్చలలో మేము SOA పారామితులను నేర్చుకుంటాము, ఇవి నిజమైన ఆచరణాత్మక పద్ధతుల ద్వారా మదింపు చేయబడతాయి మరియు సూత్రాలు లేదా అనుకరణల ద్వారా కాదు.

FET లలో సంతృప్త మోడ్ మరియు లీనియర్ మోడ్ అంటే ఏమిటో అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా ప్రారంభిద్దాం.

లీనియర్ మోడ్ vs సంతృప్త మోడ్

పై గ్రాఫ్‌ను సూచిస్తూ, లీనియర్ మోడ్‌ను ప్రాంతంగా నిర్వచించారు, దీనిలో RDS (ఆన్) లేదా FET యొక్క కాలువ-మూల నిరోధకత స్థిరంగా ఉంటుంది.

దీని అర్థం, FET ద్వారా ప్రస్తుత ప్రయాణం FET ద్వారా కాలువ-నుండి-మూల పక్షపాతానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. FET తప్పనిసరిగా స్థిరమైన రెసిస్టర్‌తో సమానంగా పనిచేస్తున్నందున దీనిని తరచుగా ఓహ్మిక్ ప్రాంతం అని కూడా పిలుస్తారు.

ఇప్పుడు, మేము డ్రెయిన్-సోర్స్ బయాస్ వోల్టేజ్‌ను FET కి పెంచడం ప్రారంభిస్తే, చివరికి FET సంతృప్త ప్రాంతం అని పిలువబడే ప్రాంతంలో పనిచేస్తుందని మేము కనుగొన్నాము. MOSFET ఆపరేషన్ సంతృప్త ప్రాంతంలోకి బలవంతం అయిన తర్వాత, ప్రస్తుత (ఆంప్స్) MOSFET ద్వారా కాలువ మీదుగా మూలానికి కదులుతుంది, ఇకపై కాలువ-నుండి-మూల బయాస్ వోల్టేజ్ పెరుగుదలకు స్పందించదు.

అందువల్ల మీరు కాలువ-వోల్టేజ్‌ను ఎంత పెంచినా, ఈ FET దాని ద్వారా స్థిరమైన గరిష్ట స్థాయి విద్యుత్తును బదిలీ చేస్తూనే ఉంటుంది.

గేట్-టు-సోర్స్ వోల్టేజ్‌ను మార్చడం ద్వారా మీరు కరెంట్‌ను మార్చగలిగే ఏకైక మార్గం.

అయినప్పటికీ, ఈ పరిస్థితి కొద్దిగా అస్పష్టంగా కనిపిస్తుంది, ఎందుకంటే ఇవి సాధారణంగా మీ పాఠ్యపుస్తకం సరళ మరియు సంతృప్త ప్రాంతం యొక్క వర్ణనలు. ఈ పరామితిని చాలా తరచుగా ఓహ్మిక్ ప్రాంతం అని పిలుస్తారు. అయినప్పటికీ కొంతమంది దీనిని వాస్తవానికి సరళ ప్రాంతం అని పిలుస్తారు. బహుశా, మనస్తత్వం, ఇది సరళ రేఖ వలె కనిపిస్తుంది, కాబట్టి ఇది సరళంగా ఉండాలి?

హాట్-స్వాప్ అనువర్తనాలను చర్చిస్తున్న వారిని మీరు గమనించినట్లయితే, వారు వ్యక్తీకరించబోతున్నారు, నేను సరళ ప్రాంతంలో పని చేస్తున్నాను. కానీ అది సాంకేతికంగా తగనిది.

MOSFET SOA ను అర్థం చేసుకోవడం

ఇప్పుడు FET సంతృప్త ప్రాంతం అంటే ఏమిటో మాకు తెలుసు కాబట్టి, ఇప్పుడు మన SOA గ్రాఫ్‌ను వివరంగా సమీక్షించవచ్చు. SOA ను 5 వ్యక్తిగత పరిమితులుగా విభజించవచ్చు. అవి సరిగ్గా ఏమిటో తెలుసుకుందాం.

RDS (ఆన్) పరిమితి

బూడిద రంగులో ఉన్న గ్రాఫ్‌లోని మొదటి పంక్తి FET యొక్క RDS (ఆన్) పరిమితిని సూచిస్తుంది. మరియు పరికరం యొక్క నిరోధకత కారణంగా FET ద్వారా గరిష్ట విద్యుత్తు మొత్తాన్ని సమర్థవంతంగా పరిమితం చేసే ప్రాంతం ఇది.

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, MOSFET యొక్క గరిష్ట సహించదగిన జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న MOSFET యొక్క ప్రతిఘటనపై ఇది అత్యధికంగా సూచిస్తుంది.

ఈ బూడిద రేఖ ఐక్యత యొక్క సానుకూల స్థిరమైన వాలును కలిగి ఉందని మేము గమనించాము, ఎందుకంటే ఓమ్ యొక్క చట్టానికి అనుగుణంగా, ఈ రేఖలోని ప్రతి బిందువు ఒకే రకమైన ప్రతిఘటనను కలిగి ఉంటుంది, ఇది R ను V తో విభజించి I తో విభజిస్తుంది.

ప్రస్తుత పరిమితి

SOA గ్రాఫ్‌లోని తదుపరి పరిమితి రేఖ ప్రస్తుత పరిమితిని సూచిస్తుంది. గ్రాఫ్‌లో, నీలం, ఆకుపచ్చ, వైలెట్ పంక్తులచే సూచించబడిన విభిన్న పల్స్ విలువలను చూడవచ్చు, ఎగువ క్షితిజ సమాంతర నల్ల రేఖ ద్వారా 400 ఆంప్స్ వద్ద పరిమితం చేయబడింది.

RED లైన్ యొక్క చిన్న క్షితిజ సమాంతర విభాగం పరికరం యొక్క ప్యాకేజీ పరిమితిని లేదా FET యొక్క నిరంతర ప్రస్తుత పరిమితిని (DC) 200 ఆంప్స్ వద్ద సూచిస్తుంది.

గరిష్ట శక్తి పరిమితి

మూడవ SOA పరిమితి MOSFET యొక్క గరిష్ట శక్తి పరిమితి, ఇది నారింజ వాలు రేఖ ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది.

మేము గమనించినప్పుడు ఈ పంక్తి స్థిరమైన వాలును కలిగి ఉంటుంది కాని ప్రతికూలంగా ఉంటుంది. ఈ SOA శక్తి పరిమితి రేఖలోని ప్రతి బిందువు ఒకే స్థిరమైన శక్తిని కలిగి ఉన్నందున ఇది స్థిరంగా ఉంటుంది, ఇది P = IV సూత్రం ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది.

అందువల్ల, ఈ SOA లోగరిథమిక్ వక్రంలో, ఇది -1 యొక్క వాలును ఉత్పత్తి చేస్తుంది. డ్రెయిన్-సోర్స్ వోల్టేజ్ పెరిగేకొద్దీ ఇక్కడ MOSFET ద్వారా ప్రస్తుత ప్రవాహం తగ్గుతుంది.

ఈ దృగ్విషయం ప్రధానంగా MOSFET యొక్క ప్రతికూల గుణకం లక్షణాల వల్ల, దాని జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ పరికరం ద్వారా విద్యుత్తును పరిమితం చేస్తుంది.

ఉష్ణ అస్థిరత పరిమితి

తరువాత, దాని సురక్షిత ఆపరేటింగ్ ప్రాంతమంతా నాల్గవ MOSFET పరిమితి పసుపు వాలు రేఖ ద్వారా సూచించబడుతుంది, ఇది ఉష్ణ అస్థిరత పరిమితిని సూచిస్తుంది.

ఇది SOA యొక్క ఈ ప్రాంతంలో ఉంది, ఇది పరికరం యొక్క నిర్వహణ సామర్థ్యాన్ని కొలవడానికి నిజంగా కీలకం అవుతుంది. ఎందుకంటే ఈ ఉష్ణ అస్థిరత ప్రాంతాన్ని సరైన మార్గాల ద్వారా cannot హించలేము.

అందువల్ల, FET ఎక్కడ విఫలమవుతుందో తెలుసుకోవడానికి మేము ఈ ప్రాంతంలో MOSFET ను ఆచరణాత్మకంగా విశ్లేషించాల్సిన అవసరం ఉంది మరియు నిర్దిష్ట పరికరం యొక్క పని సామర్థ్యం సరిగ్గా ఏమిటి?

ఈ విధంగా మనం ఈ గరిష్ట శక్తి పరిమితిని తీసుకొని, పసుపు రేఖ దిగువన విస్తరించి ఉంటే, అకస్మాత్తుగా మనం కనుగొన్నది ఏమిటి?

డేటాషీట్ (ఆరెంజ్ వాలు ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది) పై ప్రచారం చేయబడిన గరిష్ట విద్యుత్ పరిమితి ప్రాంతంతో పోలిస్తే MOSFET వైఫల్యం పరిమితి చాలా తక్కువ స్థాయిలో ఉందని మేము కనుగొన్నాము.

లేదా మనం చాలా సాంప్రదాయికంగా ఉన్నామని అనుకుందాం, మరియు ప్రజలకు చెప్పండి, హే పసుపు రేఖ యొక్క దిగువ ప్రాంతాన్ని చూడు వాస్తవానికి FET గరిష్టంగా నిర్వహించగలదు. సరే, మేము ఈ డిక్లరేషన్‌తో సురక్షితమైన వైపు ఉండవచ్చు, కాని అప్పుడు మేము పరికరం యొక్క శక్తి పరిమితి సామర్థ్యాన్ని అధికంగా భర్తీ చేసి ఉండవచ్చు, ఇది సహేతుకమైనది కాకపోవచ్చు, సరియైనదా?

అందుకే ఈ ఉష్ణ అస్థిరత ప్రాంతాన్ని సూత్రాలతో నిర్ణయించలేము లేదా క్లెయిమ్ చేయలేము, కాని వాస్తవానికి పరీక్షించాలి.

బ్రేక్డౌన్ వోల్టేజ్ పరిమితి

SOA గ్రాఫ్‌లోని ఐదవ పరిమితి ప్రాంతం బ్రేక్డౌన్ వోల్టేజ్ పరిమితి, ఇది నల్ల నిలువు వరుస ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది. ఇది కేవలం FET యొక్క గరిష్ట కాలువ-మూలం వోల్టేజ్ నిర్వహణ సామర్థ్యం.

గ్రాఫ్ ప్రకారం, పరికరం 100-వోల్ట్ BVDSS ను కలిగి ఉంది, ఈ నల్ల నిలువు వరుస 100 వోల్ట్ల డ్రెయిన్-సోర్స్ మార్క్ వద్ద ఎందుకు అమలు చేయబడుతుందో వివరిస్తుంది.

థర్మల్ అస్థిరత యొక్క మునుపటి భావనను కొంచెం ఎక్కువగా పరిశోధించడం ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది. దీనిని నెరవేర్చడానికి, మేము 'ఉష్ణోగ్రత గుణకం' అని పిలువబడే ఒక పదబంధాన్ని రూపుమాపాలి.

MOSFET ఉష్ణోగ్రత గుణకం

MOSFET యొక్క జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుపై ప్రస్తుత మార్పుగా MOSFET ఉష్ణోగ్రత గుణకం నిర్వచించవచ్చు.

Tc = ∂ID / jTj

అందువల్ల మేము దాని డేటాషీట్లో MOSFET యొక్క బదిలీ లక్షణాల వక్రతను పరిశీలించినప్పుడు, FET యొక్క పెరుగుతున్న గేట్-టు-సోర్స్ వోల్టేజ్‌కు వ్యతిరేకంగా FET యొక్క డ్రెయిన్-టు-సోర్స్ కరెంట్‌ను మేము కనుగొన్నాము, ఈ లక్షణాలను 3 వద్ద అంచనా వేసినట్లు కూడా మేము కనుగొన్నాము. వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రత పరిధులు.

జీరో ఉష్ణోగ్రత గుణకం (ZTC)

మేము ఆరెంజ్ సర్కిల్‌తో ప్రాతినిధ్యం వహిస్తున్న బిందువును పరిశీలిస్తే, ఇది మేము సూచించేది MOSFET యొక్క సున్నా ఉష్ణోగ్రత గుణకం .

ఈ సమయంలో, పరికరం యొక్క జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతూనే ఉన్నప్పటికీ, FET ద్వారా ప్రస్తుత బదిలీలో ఎటువంటి మెరుగుదల లేదు.

∂ నేను_డి/ .T_j = 0 , ఎక్కడ నేను_డి MOSFET యొక్క కాలువ ప్రవాహం, టి_j పరికరం యొక్క జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రతను సూచిస్తుంది

ఈ సున్నా ఉష్ణోగ్రత గుణకం (నారింజ వృత్తం) పై ఉన్న ప్రాంతాన్ని పరిశీలిస్తే, మేము ప్రతికూల -55 నుండి 125 డిగ్రీల సెల్సియస్ వరకు కదులుతున్నప్పుడు, FET ద్వారా ప్రవాహం పడిపోవటం ప్రారంభమవుతుంది.

∂ నేను_డి/ .T_j <0

ఈ పరిస్థితి MOSFET నిజంగా వేడెక్కుతోందని సూచిస్తుంది, అయితే పరికరం ద్వారా వెదజల్లుతున్న శక్తి తగ్గుతోంది. పరికరం కోసం అస్థిరతకు ఎటువంటి ప్రమాదం లేదని ఇది సూచిస్తుంది, మరియు పరికరాన్ని వేడెక్కడం అనుమతించబడవచ్చు మరియు BJT ల మాదిరిగా కాకుండా థర్మల్ రన్అవే పరిస్థితికి ఎటువంటి ప్రమాదం లేదు.

ఏదేమైనా, సున్నా ఉష్ణోగ్రత గుణకం (నారింజ వృత్తం) క్రింద ఉన్న ప్రాంతంలోని ప్రవాహాల వద్ద, మేము ధోరణిని గమనించాము, ఇక్కడ పరికరం యొక్క ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల, అనగా ప్రతికూల -55 నుండి 125 డిగ్రీల వరకు, ప్రస్తుత బదిలీ సామర్థ్యానికి కారణమవుతుంది వాస్తవానికి పెంచే పరికరం.

∂ నేను_డి/ .T_j > 0

MOSFET యొక్క ఉష్ణోగ్రత గుణకం సున్నా కంటే ఈ పాయింట్ల వద్ద ఉండటం వల్ల ఇది జరుగుతుంది. కానీ, మరోవైపు, మోస్ఫెట్ ద్వారా కరెంట్ పెరుగుదల, మోస్ఫెట్ యొక్క ఆర్డిఎస్ (ఆన్) (డ్రెయిన్-సోర్స్ రెసిస్టెన్స్) లో దామాషా పెరుగుదలకు కారణమవుతుంది మరియు పరికరం యొక్క శరీర ఉష్ణోగ్రతలో క్రమంగా పెరుగుదలకు కారణమవుతుంది, ఇది మరింత కరెంట్కు దారితీస్తుంది పరికరం ద్వారా బదిలీ చేయండి. MOSFET సానుకూల స్పందన లూప్ యొక్క ఈ ప్రాంతంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, ఇది MOSFET ప్రవర్తనలో అస్థిరతను అభివృద్ధి చేస్తుంది.

ఏదేమైనా, పై పరిస్థితి సంభవిస్తుందో లేదో ఎవ్వరూ చెప్పలేరు మరియు MOSFET లో ఈ రకమైన అస్థిరత తలెత్తినప్పుడు అంచనా వేయడానికి సులభమైన డిజైన్ లేదు.

ఎందుకంటే, సెల్ సాంద్రత నిర్మాణాన్ని బట్టి MOSFET తో పారామితులు పుష్కలంగా ఉండవచ్చు లేదా MOSFET బాడీ ద్వారా వేడిని సమానంగా వెదజల్లడానికి ప్యాకేజీ యొక్క వశ్యత.

ఈ అనిశ్చితుల కారణంగా, ప్రతి నిర్దిష్ట MOSFET కోసం థర్మల్ రన్అవే లేదా సూచించిన ప్రాంతాలలో ఏదైనా ఉష్ణ అస్థిరత వంటి అంశాలు నిర్ధారించబడాలి. లేదు, గరిష్ట విద్యుత్ నష్టం సమీకరణాన్ని వర్తింపజేయడం ద్వారా MOSFET యొక్క ఈ లక్షణాలను cannot హించలేము.

SOA ఎందుకు చాలా కీలకం

పరికరం తరచుగా సంతృప్త ప్రాంతాలలో పనిచేసే MOSFET అనువర్తనాలలో SOA గణాంకాలు విమర్శనాత్మకంగా ఉపయోగపడతాయి.

ఇది కూడా ఉపయోగపడుతుంది హాట్-స్వాప్ లేదా ఓరింగ్ కంట్రోలర్ అనువర్తనాలు, ఇక్కడ వారి SOA చార్ట్‌లను సూచించడం ద్వారా MOSFET ఎంత శక్తిని తట్టుకోగలదో తెలుసుకోవడం చాలా కీలకం.

మోటారు నియంత్రణ, ఇన్వర్టర్ / కన్వర్టర్ లేదా SMPS ఉత్పత్తులతో వ్యవహరించే చాలా మంది వినియోగదారులకు మోస్ఫెట్ సేఫ్ ఆపరేటింగ్ ఏరియా విలువలు చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటాయని ఆచరణాత్మకంగా మీరు కనుగొంటారు, ఇక్కడ పరికరం సాధారణంగా తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రత లేదా ఓవర్‌లోడ్ పరిస్థితులలో నడుస్తుంది.

మూలాలు: MOSFET శిక్షణ , సురక్షిత ఆపరేటింగ్ ప్రాంతం