MOSFET nedir? MOSFET, küçük bir kontrol gerilimiyle büyük bir akımı açıp kapatan yarı iletken bir anahtar. MOSFET'in açılımı İngilizce Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ifadesinden gelir. Türkçe karşılığı metal oksit yarı iletken alan etkili transistör. Kısaca bir elektrik vanası gibi düşünülebilir. Vananın kolu çevrildiğinde su akar, bırakıldığında akış durur. Burada kolun yerini kapı ucuna verilen gerilim alır.
MOSFET ne demek? Ad, elemanın yapısını katman katman sayar. En üstte metal ya da iletken bir kapı bulunur, altında ince bir oksit yalıtkan, onun da altında yarı iletken bir gövde yer alır. Kapıdaki gerilim yalıtkanın içinden bir elektrik alanı oluşturur ve akımı bu alan denetler. MOSFET bacakları da bu düzene göre adlandırılır: gate (kapı), drain (akaç) ve source (kaynak). Gate kontrol ucu. Ana akım drain ile source arasında akar.
MOSFET sembolü bu üç ucu ve aradaki kanalı gösterir. Ok kanala doğru bakıyorsa eleman N kanallı, kanaldan dışarı bakıyorsa P kanallı. Kanalın kesik çizgiyle çizilmesi, kapıya gerilim gelmeden iletmeyen E-MOSFET tipini anlatır. Bu elemanın ilk çalışan örneği 1959 ile 1960 yılları arasında Bell Laboratuvarları'nda Mohamed Atalla ve Dawon Kahng tarafından geliştirildi. Bugün en çok üretilen MOSFET transistör ailesi, bilgisayar yongalarından telefon şarj cihazlarına uzanan hemen her elektronik devrenin temel parçası.
Mosfet Ne İşe Yarar?
MOSFET ne işe yarar? Temel görevi elektrik akışını denetlemek. Çoğu devrede bir anahtar gibi çalışır ve yükü tamamen açar ya da tamamen keser. Mekanik bir röleden farkı hareketli parçasının olmaması. Böylece saniyede binlerce, hatta yüz binlerce kez açılıp kapanabilir. LED parlaklığını ayarlamak, motor hızını değiştirmek ya da aküden gelen doğru akımı prizdeki alternatif akıma çevirmek bu hızlı anahtarlamaya dayanır.
İkinci büyük kazanç düşük kayıp. Tam açık konumdaki bir güç MOSFET'inin iç direnci miliohm düzeyine iner. Üzerinden geçen akım dolayısıyla az ısı üretir. Kapı ucu yalıtılmış olduğu için kontrol tarafı neredeyse sürekli akım çekmez. Akülü cihazlarda, güneş enerjisi sistemlerinde ve taşınabilir güç istasyonlarında bu tutumlu davranış doğrudan çalışma süresine yansır.
Elemanın üçüncü görevi sinyal yükseltmek. Kapıya uygulanan küçük bir gerilim değişimi, drain akımında çok daha büyük bir değişime yol açar. Ses amplifikatörleri, radyo frekans katları ve sensör devreleri bu davranışı kullanır. Aynı parça bir devrede anahtar, başka bir devrede yükselteç olarak görev yapar.
Mosfet Nerelerde Kullanılır?
MOSFET nerelerde kullanılır? Prize takılan hemen her cihazda bir örneği bulunur. Telefon ve dizüstü bilgisayar adaptörleri, televizyon besleme kartları, LED sürücüler, elektrikli bisiklet kontrolörleri, matkap ve süpürge gibi akülü aletler ilk akla gelenler. İşlemcilerin içindeki milyarlarca küçük transistör de aynı yapıyı paylaşır. Otomobilde far, fan, koltuk ve cam motorlarını süren devrelerin birçoğu da bu elemanları kullanır.
Enerji tarafında görev daha da görünür hâle gelir. İnvertör ve konvertör devreleri doğru akımı keserek istenen gerilime ya da alternatif akıma dönüştürür. Texas Instruments'ın 12 V akü girişli, trafolu bir referans invertör tasarımında evirici katı sekiz MOSFET'ten kurulur. MPPT şarj kontrol cihazları paneli en verimli noktada tutmak için aynı anahtarlamadan yararlanır. LiFePO4 akü paketlerindeki batarya yönetim sistemi de şarj ve deşarj yolunu MOSFET'lerle açıp kapatır.
Ses sistemleri ayrı bir örnek. MOSFET ses çıkışı nedir? Oto teyplerinin kutusunda görülen "MOSFET 50 W x 4" ifadesi, cihazın içindeki dört kanallı amplifikatörün çıkış katında MOSFET kullanıldığını anlatır. Yazılan 50 W kanal başına tepe değer. Aynı sınıftaki bir Pioneer modelinde sürekli güç, CEA-2006 ölçüm standardına göre kanal başına 22 W RMS olarak bildirilir. STMicroelectronics'in bu sınıftaki bir yongası da 14,4 V beslemede ve yüzde 10 bozulma sınırında kanal başına 28 W verir.
Mosfet Çeşitleri Neler?
Mosfet çeşitleri birkaç farklı eksende sınıflandırılır. İlk ayrım akımı taşıyan yük türü: elektronla çalışan N kanallı ve boşlukla çalışan P kanallı modeller. İkinci ayrım çalışma modu. Zenginleştirme tipi (enhancement) kapıya gerilim gelmeden iletmez. Fakirleştirme tipi (depletion) ise normalde iletir, kapı gerilimiyle kesilir. Enerji kesildiğinde devreyi kendiliğinden kapattığı için güç elektroniğinde zenginleştirme tipi baskın.
Diğer ayrımlar kullanım amacından doğar. Güç sınıfı, kapının kaç voltla tam açıldığı, çipin içindeki hücre yapısı ve gövde tipi ayrı ayrı adlandırılır. Malzeme de bir sınıflandırma ölçütü. Silisyum hâlâ standart. Yüksek gerilimde silisyum karbür (SiC), çok hızlı anahtarlamada galyum nitrür (GaN) öne çıkar. Grafen ise araştırma aşamasında.
N Kanal Mosfet Nedir?
N kanal MOSFET, akımı elektronlarla taşıyan tip. Kapıya source ucuna göre pozitif bir gerilim verildiğinde iletime geçer. Piyasada n tipi MOSFET adıyla da anılır. Güç devrelerinde en sık görülen model bu. Aynı boyuttaki bir P kanallı elemana göre daha düşük direnç sunar ve daha hızlı anahtarlanır.
Farkın kaynağı taşıyıcıların hareket kabiliyeti. Silisyumda elektron hareketliliği yaklaşık bin 400 cm²/V·s, boşluklarınki 450 cm²/V·s. Aynı çip alanında N kanallı yapı kabaca iki buçuk ile üç kat daha düşük iletim direncine ulaşır. Yük, beslemenin artısı ile drain arasına bağlandığında source toprağa oturur ve sürme işi kolaylaşır. Bu düzene alt taraf anahtarlama (low-side) denir.
Zorluk üst taraf anahtarlamada başlar. Yük toprak tarafında kaldığında source ucu besleme gerilimine yükselir. Elemanı tam açmak için kapının beslemenin de birkaç volt üzerine çıkması gerekir. Bu fazladan gerilim bootstrap kondansatörü, şarj pompası ya da yalıtımlı bir sürücüyle üretilir.
P Kanal Mosfet Nedir?
P kanal MOSFET, akımı boşluklarla taşıyan tip. Kapı source ucunun altına çekildiğinde iletime geçer. Pozitif hatta yerleştirilen bir anahtarda source beslemeye bağlı kalır. Kapıyı toprağa çekmek elemanı açmaya yeter. Bu sadelik, düşük gerilimli yük anahtarlarında ve ters bağlantı korumasında P kanallı modelleri cazip kılar.
Bedeli verimde ödenir. Boşlukların hareketliliği düşük olduğundan aynı iletim direncine ulaşmak için iki buçuk ile üç kat daha büyük bir çip gerekir. Büyük çip daha yüksek maliyet ve daha büyük kapı kapasitesi anlamına gelir. Yüksek akımlı ve yüksek frekanslı güç katlarında bu nedenle üstte de N kanallı eleman ve uygun bir sürücü tercih edilir.
Power Mosfet Nedir?
Power MOSFET nedir? Amper düzeyindeki akımları ve onlarca, yüzlerce voltluk gerilimleri anahtarlamak için tasarlanan MOSFET türü. Sinyal tipi elemanlardan farkı yapısında. Source ve gate çipin üst yüzeyinde, drain ise alt yüzeyde yer alır. Akım çipin içinden dikey olarak geçer. Drain çoğu modelde gövdenin metal tabanına bağlı. Isı da bu yüzeyden soğutucuya aktarılır.
İlk dikey güç elemanını 1969'da Hitachi tanıttı ve bu sınıf 1970'li yıllarda ticari olarak yaygınlaştı. Bugün invertör köprüleri, DC-DC dönüştürücüler, motor sürücüler ve batarya koruma devreleri bu elemanlarla kurulur. Düşük gerilimli modellerde iletim direnci birkaç miliohm'a kadar iner.
Silisyumun sınırı yüksek gerilimde belirginleşir. 200 V'un üzerinde iletim direnci hızla büyür. Bu bölgede süper eklem (superjunction) yapılar ya da kritik elektrik alanı silisyumun yaklaşık on katı olan silisyum karbür kullanılır.
Logic Level Mosfet Nedir?
Logic level MOSFET, 5 V ya da daha düşük bir kapı gerilimiyle tam iletime geçecek biçimde üretilen tip. Arduino gibi mikrodenetleyicilerin çıkışı bu elemanı doğrudan sürebilir. Standart güç modelleri ise tam açılmak için kapıda yaklaşık 10 V ister. İki tipi ayırmanın pratik yolu veri sayfasına bakmak. İletim direnci 4,5 V kapı gerilimi için verilmişse eleman lojik seviyede çalışır. Yalnız 10 V için verilmişse eleman 5 V ile tam açılmaz.
Sık yapılan hata eşik gerilimini açılma gerilimi sanmak. Veri sayfasındaki eşik değeri, elemanın yalnızca 250 mikroamper gibi çok küçük bir akım geçirmeye başladığı noktayı gösterir. Tam iletim için bunun epey üzerine çıkmak gerekir. 3,3 V ile çalışan yeni nesil kartlarda seçenek daha da daralır.
Hazır MOSFET modül kartlarında bu ayrım özellikle önemli. Hobi elektroniğinde yaygın IRF520 modülleri lojik seviyeli olmayan bir eleman taşır. Arduino forumlarındaki kullanıcılar 5 V kapı geriliminde bu kartların yalnızca birkaç ampere kadar düzgün çalıştığını, daha yüksek akımda ısındığını aktarır. IRL540N gibi lojik seviyeli bir eleman ya da araya konan bir sürücü bu sorunu ortadan kaldırır.
Trench Mosfet Nedir?
Trench MOSFET, kapısı silisyumun içine kazılan dar bir hendeğe gömülen güç MOSFET'i. Klasik düzlemsel yapıda kapı yüzeyde yatar ve kanal yatay oluşur. Hendek yapısında kanal hendeğin duvarı boyunca dikey uzanır. Böylece aynı çip alanına çok daha fazla hücre sığar ve iletim direnci düşer.
Teknik açıdan kazanç, düzlemsel yapıdaki iki gövde bölgesi arasında sıkışan ve JFET direnci adı verilen kaybın ortadan kalkmasından gelir. Hendek yapısı özellikle 100 V'un altındaki düşük gerilimli sınıflarda yaygın. 12 V, 24 V ve 48 V akü sistemleri de bu gerilim sınıfına girer. Endüstrideki yayılımı da geniş: hendek tipi güç MOSFET'lerinin satışı Şubat 2017'ye kadar 100 milyar adedi geçti.
Yapının bir bedeli var. Yoğun hücre dizilimi kapı kapasitesini artırır. Bu da elemanı açıp kapatmak için daha fazla yük gerektirir. Çok yüksek frekanslı devrelerde tasarımcılar iletim direnci ile kapı yükü arasında bir denge arar.
SMD Mosfet Nedir?
SMD MOSFET, devre kartının deliklerine geçirilmek yerine yüzeyine lehimlenen gövdedeki elemanlar için kullanılan ad. Telefon, şarj cihazı ve dizüstü bilgisayar kartlarındaki küçük gövdeli MOSFET'ler bu gruba girer. Delikli gövdeler arasında TO-220 ve TO-247 tanıdık örnekler. Yüzey montajlı tarafta küçük sinyaller için SOT-23, orta güç için SO-8, yüksek akım için DPAK (TO-252) ve D2PAK (TO-263) öne çıkar. D2PAK, TO-220'nin yüzey montajlı karşılığı sayılır.
Bu gövdelerde ısının yolu kart. Çipin ısısı drain ayağının lehimlendiği bakır alana, oradan karta yayılır. STMicroelectronics'in uygulama notu, aynı eleman için izin verilen gücün bu bakır alanın büyüklüğüne göre değiştiğini gösterir. Küçük bir SOT-23 gövdenin ısıl direnci yaklaşık 300 °C/W iken bakır alanla desteklenen SOT-223'te bu değer 100 °C/W civarına iner.
Grafen Tabanlı Mosfet Nedir?
Grafen tabanlı MOSFET, kanalında silisyum yerine tek atom kalınlığındaki karbon tabakası kullanan deneysel transistör. Grafende elektronlar çok hızlı hareket eder. Askıda tutulan örneklerde ölçülen hareketlilik 200 bin cm²/V·s düzeyine ulaşır. Bu değer silisyumun yüz katından fazla. Grafen bu özelliği sayesinde uzun süredir silisyumun olası halefi olarak araştırılır.
Önündeki engel anahtarlama. Saf grafende bant aralığı yok, yani kanal tam olarak kapatılamaz. Deneysel incelemeler grafen transistörlerin açık ve kapalı akım oranının çoğu zaman 10'un altında kaldığını, silisyum CMOS teknolojisinde bu oranın 10 milyonu aştığını aktarır. Çift katmanlı grafen ve nanoşerit gibi yöntemlerle bant aralığı açılmaya çalışılır.
Bugünkü durumda grafen transistörler radyo frekansı devreleri ve sensörler gibi alanlarda araştırma konusu. İnvertör, şarj cihazı ya da batarya yönetim sistemi gibi güç uygulamalarında ticari bir karşılıkları henüz yok.
Mosfet Sürücü Devresi Nedir?
MOSFET sürücü nedir? Kontrol kartı ile güç elemanı arasına giren, kapıyı hızlı ve yeterli gerilimle doldurup boşaltan ara devre. MOSFET'in kapısı elektriksel olarak küçük bir kondansatör gibi davranır. Elemanı açmak bu kondansatörü doldurmak, kapatmak ise boşaltmak demek. Bir mikrodenetleyicinin ucu birkaç on miliamper akım verebilir ve gerilimi 3,3 V ya da 5 V ile sınırlı kalır. Büyük bir güç elemanı için bu hem yavaş hem yetersiz.
Bir MOSFET sürücü devresi bu açığı kapatır. Basit bir hesap farkı gösterir. Kapı yükü 100 nC olan bir transistör 2 A çıkışlı bir sürücüyle yaklaşık 50 nanosaniyede dolar. Aynı kapı 20 mA veren bir mikrodenetleyici ucuyla 5 mikrosaniye ister. Geçiş süresi uzadıkça transistör yarı açık bölgede daha çok kalır ve her anahtarlamada ısı üretir. MOSFET nasıl kullanılır? En sade düzende yük, beslemenin artısı ile drain arasına bağlanır. Source toprağa gider. Kapı küçük bir seri dirençle sürücüye, daha büyük bir dirençle source ucuna bağlanır. İkinci direnç, kontrol sinyali kesildiğinde kapının boşta kalmasını önler.
N kanal MOSFET sürme işi üst tarafta zorlaşır. Kapının besleme geriliminin üzerine çıkması gerektiği için yarım köprü sürücüleri bir bootstrap kondansatörüyle bu gerilimi üretir. Köprü devrelerinde üst ve alt eleman aynı anda iletime geçerse beslemeyi kısa devre eder. Sürücüler bunu önlemek için iki eleman arasında ölü zaman (dead time) bırakır. MOSFET devre örnekleri arasında PWM ile LED kısma, motor hız kontrolü, senkron düşürücü dönüştürücü ve H köprülü sinüs invertör yer alır. Hepsi bu yapı taşlarının farklı birleşimleri.
Mosfetin Çalışma Prensibi
MOSFET nasıl çalışır? N kanallı bir elemanın gövdesi P tipi silisyumdan yapılır. Bu gövdenin içinde source ve drain adı verilen iki N tipi bölge yan yana durur. MOSFET yapısı bu iki bölgenin arasını örten ince bir oksit tabaka ve onun üstündeki kapı elektrodundan oluşur. Kapıda gerilim yokken iki bölge arasında köprü bulunmaz ve akım geçmez. Kapıya pozitif gerilim verildiğinde elektrik alanı elektronları oksidin hemen altına çeker. Bu ince elektron tabakası source ile drain arasında bir kanal açar ve akım akmaya başlar.
MOSFET çalışma mantığı basınçla açılan bir vanaya benzer. Kapı gerilimi arttıkça kanal genişler ve daha çok akım geçirir. MOSFET çalışma prensibi üç durumla özetlenir. Kesim bölgesinde kapı gerilimi eşiğin altında kalır ve MOSFET akımı tamamen keser. Doyum bölgesinde kanal oluşur ama tam açılmaz. Akım kapı gerilimine bağlı ve transistör gerilim kontrollü bir akım kaynağı gibi çalışır. Kapı gerilimi yeterince yükseldiğinde omik ya da lineer bölgeye geçilir. Transistör artık küçük bir direnç gibi davranır.
MOSFET çalışma bölgeleri farklı işler için kullanılır. Ortak kaynaklı bir MOSFET yükselteç devresi doyum bölgesinde çalışır. Küçük bir kapı değişimi orada büyük bir akım değişimi yaratır. Anahtarlama devreleri ise yalnız kesim ve omik bölgede kalmak ister. Doyum bölgesinde hem gerilim hem akım yüksek olduğundan kayıp da en fazla bu bölgede. Bölge adları kaynaktan kaynağa değişir. Bazı ders kitapları omik bölgeye triyot bölgesi der, güç elektroniğinde ise doyum bölgesi sıkça lineer mod olarak geçer.
Mosfet Kaç Volt İle Çalışır?
Bu soru iki ayrı gerilimi kapsar. Birincisi kapı gerilimi. Standart güç modellerinin eşik gerilimi genellikle 2 ile 4 V arasında. Tam iletim için kapıya 10 V dolayında gerilim uygulanır. Lojik seviyeli modeller 4,5 V ya da 5 V ile tam açılır. Kapıya uygulanabilecek en yüksek gerilim çoğu veri sayfasında ±20 V olarak verilir. Bazı düşük gerilimli modellerde bu sınır daha aşağıda.
İkincisi drain ile source arasında taşınabilen gerilim. Silisyum güç MOSFET'leri birkaç on volttan birkaç yüz volta uzanan sınıflarda üretilir. 12 V'luk bir akü devresi ile 400 V'luk bir şebeke doğrultucusu aynı elemanı kullanmaz. Güneş invertörlerinin yüksek gerilimli katlarında 1200 V sınıfı silisyum karbür MOSFET'ler yer alır.
Pratikte seçim devrenin en yüksek geriliminden yapılır, nominal değerinden değil. Endüktif yüklerin anahtarlanması sırasında oluşan ani sıçramalar drain gerilimini kısa süreliğine besleme değerinin çok üzerine taşır. Bu yüzden güvenlik payı bırakılır.
Mosfet ile Transistör Arasındaki Fark Nedir?
MOSFET ve transistör farkı aslında bir aile ile üyesi arasındaki fark. MOSFET de bir transistör türü. Günlük dilde transistör denildiğinde çoğunlukla çift kutuplu eklem transistörü (BJT) kastedilir. FET ve MOSFET nedir? FET, kapıdaki elektrik alanıyla kanalı denetleyen alan etkili transistörlerin genel adı. Bu aileye JFET ve MOSFET girer. MOSFET'i JFET'ten ayıran nokta kapının ince bir oksit tabakayla kanaldan tamamen yalıtılmış olması.
BJT ile MOSFET arasındaki temel ayrım kontrol biçiminde. BJT akımla sürülür. Kollektör akımını açık tutmak için tabana sürekli akım verilmesi gerekir. MOSFET ise gerilimle sürülür. Kapı yalıtıldığı için durağan durumda neredeyse hiç akım çekmez, yalnız açılıp kapanırken kapı kapasitesini doldurmak için kısa bir akım ister. Bu yüksek giriş empedansı sürme devresini sadeleştirir.
İletimdeki davranış da farklı. BJT üzerinde akımdan büyük ölçüde bağımsız bir doyum gerilimi düşer. MOSFET ise küçük bir direnç gibi davranır ve düşüm akımla orantılı artar. Düşük gerilimli, yüksek akımlı ve hızlı anahtarlanan güç devrelerinde MOSFET'in öne çıkmasının nedeni bu düşük direnç ve sürme kolaylığı. Elemanın tek yönlü kardeşi diyot ise kontrol ucu taşımaz ve akıma yalnız yön verir.
Mosfet ile IGBT Arasındaki Fark Nedir?
IGBT, MOSFET'in yalıtılmış kapısını çift kutuplu bir transistörün akım taşıma yeteneğiyle birleştiren melez bir eleman. İkisi de kapıya verilen gerilimle açılıp kapanır. Ayrım hız ve güç sınıfında. MOSFET daha hızlı anahtarlanır. IGBT ise yüksek gerilim ve yüksek akımda daha az kayıpla çalışır.
Infineon'un karşılaştırmasına göre MOSFET'ler 1 MHz ve üzeri frekanslarda anahtarlanabilirken IGBT'ler yaklaşık 100 kHz'e kadar çıkar. IGBT birkaç bin volta kadar dayanabilir. İletim kaybının biçimi de farklı. MOSFET'te kayıp direnç gibi davrandığı için akımın karesiyle büyür. IGBT'de ise neredeyse sabit bir gerilim düşümü bulunduğundan kayıp akımla doğrusal artar. Toshiba'nın ölçümleri de düşük akımda MOSFET'in, yüksek akımda IGBT'nin daha düşük iletim gerilimi verdiğini gösterir.
Uygulamada adaptörler, DC-DC dönüştürücüler ve düşük gerilimli invertörler MOSFET'le kurulur. Endüstriyel motor sürücüler ve büyük şebeke invertörleri geleneksel olarak IGBT kullanır. Silisyum karbür MOSFET'ler bu sınırı kaydırıyor. Cree'nin 50 kW'lık bir dizi tipi güneş invertörü denemesinde SiC MOSFET'li tasarım, ticari bir IGBT modeline göre yaklaşık yüzde 1 daha yüksek verim verdi.
Mosfet Nasıl Ölçülür?
MOSFET nasıl ölçülür? En pratik yöntem diyot kademesindeki bir dijital multimetre. MOSFET ölçümü öncesinde cihazın enerjisi kesilir ve mümkünse eleman karttan sökülür. Kart üzerindeki paralel parçalar okumayı yanıltabilir. Ardından gate ile source kısa süreliğine birbirine değdirilir ve kapıda kalmış olası yük boşaltılır. Ölçüm sırasında elemanın gövdesinden tutulur, bacaklara parmakla dokunulmaz.
N kanallı bir elemanda ilk adım iç gövde diyotunu bulmak. Siyah prob drain'e, kırmızı prob source'a değdiğinde ekranda 0,4 ile 0,9 V arası bir değer okunur. Problar ters çevrildiğinde ölçü aleti açık devre gösterir. MOSFET nasıl test edilir? İkinci adım kapıyı doldurmak. Bunun için siyah prob source'a alınır ve kırmızı prob bir an gate'e değdirilir. Multimetrenin kendi gerilimi kapıyı doldurur. Kırmızı prob ardından drain'e götürüldüğünde drain ile source arası artık neredeyse sıfır gösterir. Gate ile source parmakla birleştirildiğinde kapı boşalır ve transistör yeniden kesime geçer. P kanallı elemanda tüm problar ters yönde kullanılır. Bu basit MOSFET sağlamlık kontrolü, elemanın hem kesip hem iletebildiğini doğrular.
Her multimetre bu testi yapamaz. Diyot kademesinde yalnızca 1,5 V civarında gerilim veren aletler kapıyı açmaya yetmez. Büyük elemanlarda 9 V'luk bir pil ve seri bir dirençle kapı doldurulur. Daha güvenilir bir MOSFET test devresi bir pil, bir LED, akım sınırlama direnci ve kapıya bağlı bir anahtardan kurulur. Anahtar kapandığında LED yanar, açılıp kapı boşaltıldığında söner. Hazır bir MOSFET test cihazı ise bacakları otomatik tanır. Eşik gerilimini ve kapı kapasitesini ekranda gösterir.
Mosfetin Bozuk Olduğu Nasıl Anlaşılır?
En yaygın bozulma biçimi kısa devre. Arızalı parçada drain ile source arası her iki prob yönünde sıfıra yakın okunur. Çoğu zaman gate de diğer uçlara kısa devre olur. Daha seyrek görülen açık devre arızasında ise gövde diyotu bile okunmaz. Bazı parçalar tam bozulmadan önce yorulur. İletim direnci yükselir ve gövde normalden çok ısınır. Çatlamış, kararmış ya da şişmiş gövde, invertörde sürekli atan sigorta ve hiç açılmayan cihaz da yaygın belirtiler arasında.
MOSFET neden yanar? Başlıca nedenler aşırı gerilim, aşırı akım ve ısı. Motor, bobin ve trafo gibi endüktif yükler kesildiği anda yüksek bir gerilim sıçraması üretir. Bu sıçrama drain sınırını aşarsa çığ kırılması başlar. Kapıya ±20 V sınırının üzerinde bir gerilim gelmesi ya da statik elektrik boşalması ince oksidi deler. Köprü devrelerinde üst ve alt elemanın aynı anda iletime geçmesi beslemeyi doğrudan kısa devre eder. Yetersiz soğutma da tüm bu riskleri büyütür.
MOSFET neden ısınır? İletimdeki kayıp gücü, akımın karesi ile iletim direncinin çarpımına eşit. 12 miliohm dirençli bir eleman 15 A taşırken 2,7 W harcar. Soğutucusuz küçük bir gövde için bu değer yüksek. Asıl tehlike kapı geriliminin yetersiz kalması. Transistör tam açılmaz, yarı açık bölgede kalır ve kayıp katlanarak artar. Isındıkça iletim direnci de yükselir. Yanan bir parçanın yerine konacak MOSFET transistör karşılıkları seçilirken drain gerilimi, akım, aynı kapı gerilimindeki iletim direnci, kapı yükü ve bacak dizilimi karşılaştırılır. Arızanın nedeni bulunmadan takılan yeni parça çoğu zaman aynı biçimde bozulur.
Solar İnverter İçin Mosfet Seçimi Nasıl Yapılır?
Güneş enerjisi sisteminde MOSFET'ler birkaç farklı noktada görev alır. Panelden gelen gücü işleyen MPPT katı, aküden gelen doğru akımı yükselten ya da alternatif akıma çeviren invertör köprüsü ve akünün içindeki koruma devresi bunların başında gelir. Seçim her noktada aynı soruyla başlar: eleman hangi en yüksek gerilimi görecek? Bütün cihaz düzeyindeki seçim kriterleri inverter alırken dikkat edilenlerle örtüşür.
Gerilim payı ilk kriter. 51,2 V'luk bir LiFePO4 akü 16 seri hücreden oluşur ve tam dolu hâlde 58,4 V'a çıkar. Anahtarlama sıçramaları da eklendiğinde 48 V sınıfı akü barasında sıkça 100 V'luk elemanlar tercih edilir. Bazı üretici kılavuzları bu katlarda yüzde 50 ile yüzde 100 arasında pay bırakılmasını önerir. Panel tarafında açık devre gerilimi soğuk havada yükselir. Yüzlerce voltluk dizi girişlerinde silisyum karbür ya da IGBT tabanlı elemanlar devreye girer.
Kayıp ve ısı ikinci kriter. Karşılaştırma, sürücünün gerçekte verebildiği kapı gerilimindeki iletim direnci üzerinden yapılır. Yüksek frekanslı katlarda kapı yükü de en az direnç kadar belirleyici. Gövde tipi, soğutucuya bağlantı ve güvenli çalışma alanı grafiği kontrol edilir. Üreticilerin MOSFET transistör kataloğu ve çevrim içi seçim tabloları bu parametrelere göre filtreleme imkânı sunar.
Solar Sistemlerde Diyot Yerine Mosfet Kullanılır mı?
Evet, kullanılır. Bu düzene ideal diyot denir. Güneş sistemlerinde engelleme diyotu, gece akünün panel üzerinden boşalmasını önler. Bu görev için çoğunlukla Schottky diyot kullanılır ve üzerinde yaklaşık 0,4 ile 0,5 V düşer. 10 A taşıyan bir diyot böylece 5 W dolayında ısı üretir. Aynı akımı 5 miliohm'luk bir MOSFET taşıdığında düşüm 0,05 V'a, kayıp 0,5 W'a iner. Analog Devices'ın LTC4357 denetleyicisi bu amaçla 12 V'luk bir aküyü panelden şarj eden devrede Schottky diyotun yerini alan bir MOSFET'i sürer.
Tek bir MOSFET iki yönü birden kesemez. İç gövde diyotu ters yönde iletir. Denetleyici bu sorunu aşmak için akımın yönünü izler ve geri akış başladığında elemanı kapatır. Tam yalıtım gereken yerlerde iki eleman sırt sırta bağlanır. Ukrayna Ulusal Bilimler Akademisi Yenilenebilir Enerji Enstitüsü'nden D. Bondarenko'nun 2022'de yayımlanan çalışması, düşük iletim dirençleri nedeniyle panellerdeki baypas ve engelleme diyotlarının MOSFET'le değiştirilmesini gerekçelendirir. Çalışma, ters bağlı iki MOSFET ile hücrelerin dinamik olarak yeniden bağlanabileceğini de gösterir.
Aynı fikir panelin bağlantı kutusuna da taşındı. STMicroelectronics 2010'da bypass diyot yerine geçen SPV1001 adlı bir anahtarı tanıttı. Eleman, kapısını kendi kondansatöründen besleyen bir güç MOSFET'i içerir. 40 V ve 16 A değerlerindeki bu ürün bugün üreticinin sitesinde üretimi sonlanmış olarak listelenir. Modern şarj kontrol cihazlarının birçoğunda geri akış koruması zaten içeride bulunur. Harici bir düzenek eklemeden önce cihaz kılavuzunun kontrol edilmesi ve panel kutusuna yetkili servis dışında müdahale edilmemesi daha güvenli.
