MOS管原理-非常详细.ppt

MOS管的那些事儿管的那些事儿 2012.11.15 1 1.我们在笔记本主板维修中见到的MOS管几乎都是绝缘栅增强型，这里也就只说说它的那些事儿吧。而且，我们不谈原理，只谈应用。呵呵，让我们来看看MOS管，分辨一下他们怎么区别，怎么用吧。我们分“电路符号”和“实物”两部分来看吧。2 2.1 三个极怎么判定 电路符号：2 区别他们是N沟道还是P沟道3 寄生二极管的方向如何判定4 它能干吗用呢5 简单吗？那我们来做个挑错游戏吧 1 三个极怎么分辨 实物：2 它是N沟道还是P沟道的呢3 能量出它是好是坏吗3 3.电路符号电路符号篇4 4.开始之前，一个小测试：电路符号G（栅极）呢？请回答：哪个脚是S（源极）？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？如果接入电路，D极和S极，哪一个该接输入，哪个接输出？你答对了吗？5 5.再来一个，试试看：电路符号G（栅极）呢？哪个脚是S（源极）？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？依据是什么？如果接入电路，D极和S极，哪一个该接输入，哪个接输出？这次怎么样？6 6.电路符号1 三个极怎么判定三个极怎么判定？MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方。D极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边。S极极G极极D极极G极，不用说比较好认。S极，不论是P沟道还是N沟道，两根两根线线相交相交的就是；7 7.电路符号2 他他们们是是N沟道沟道还还是是P沟道？沟道？三个脚的极性判断完后，接下就该判断是P沟道还是N沟道了：S极极G极极D极极箭箭头头指向指向G极的是极的是N沟道沟道N沟道沟道MOSFET8 8.电路符号S极极G极极D极极箭箭头头背向背向G极的是极的是P沟道沟道当然也可以先判断沟道类型，再判断三个脚极性。P沟道沟道MOSFET9 9.电路符号S极极G极极D极极小小测试测试：先判断是什么沟道，再判断三个脚极性。先判断是什么沟道，再判断三个脚极性。S极极G极极D极极231123P沟道沟道MOSFETN沟道沟道MOSFET1010.电路符号3 寄生二极管的方向如何判定？寄生二极管的方向如何判定？接下来，是寄生二极管的方向判断：S极极G极极D极极N N沟道沟道沟道沟道S极极G极极D极极P P沟道沟道沟道沟道它的判断规则就是：N沟道，由S极指向D极；P沟道，由D极指向S极。寄生二极管寄生二极管1111.电路符号S极极G极极D极极N沟道沟道S极极G极极D极极P沟道沟道上面方法不太好记，一个简单的识别方法是：（想像DS边的三节断续线是连通的）不论N沟道还是P沟道MOS管，中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的：要么都由要么都由S指向指向D，要么都由要么都由D指向指向S。1212.0V截止截止5V导导通通电路符号4 它能干它能干吗吗用呢？用呢？在我们天天面对的笔记本主板上，MOS管有两大作用：1.开关作用；2.隔离作用。此此处电压处电压被拉低被拉低 开关作用开关作用(1):PQ27控制脚控制脚为为低低电电平平1313.电路符号此此处电压处电压不被拉低不被拉低3VGND导导通通0V截止截止 开关作用开关作用(1):PQ27控制脚控制脚为为高高电电平平1414.电路符号 以上MOS开关实现的是信号切信号切换换（高低（高低电电平切平切换换）。）。再来看个MOS开关实现电压电压通断通断的例子吧。由+1.5V_SUS产生+1.5V电路（1）0V截止截止0V1515.电路符号MOS开关实现电压电压通断通断的例子：由+1.5V_SUS产生+1.5V电路（2）+15V导导通通+1.5V1616.电路符号 看过前面的例子，你能总结出“MOS管用做开关时在电路中的连接方法”吗？其实关键就是：确定哪一个极连接输输入入端；哪个极连接输输出出端。控制极电平为“？V”时MOS管导通（饱和导通）？控制极电平为“？V”时MOS管截止？回顾前面的例子，你找到它们的规律了吗？小提示：MOS管中的寄生二极管方向是关键。1717.电路符号 小小结结：“MOS管用作开关管用作开关时时在在电电路中的路中的连连接方法接方法”NMOS管：D极接输入；S极接输出。PMOS管：S极接输入；D极接输出。S极极G极极D极极P P沟道沟道沟道沟道S极极G极极D极极N N沟道沟道沟道沟道输输入端入端输输入端入端输输出端出端输输出端出端导导通通时时导导通通时时1818.电路符号 反反证证：NMOS管正确接法：D极接输入；S极接输出。PMOS管正确接法：S极接输入；D极接输出。S极极G极极D极极P P沟道沟道沟道沟道S极极G极极D极极N N沟道沟道沟道沟道输输入入假如：S接输入，D接输出呢？输输出出由于寄生二极管直接导通，因此S极电压可以无条件到D极，MOS管就失去了开关的作用。假如反接：D接输入，S接输出。输输入入输输出出同样失去了开关作用。1919.电路符号小小结结：“MOS管的开关条件管的开关条件”前面解决了MOS管的接法问题，接下来谈谈MOS管的开关条件：控制极电平为“？V”时MOS管导通（饱和导通）？控制极电平为“？V”时MOS管截止？这个问题涉及到MOS管原理，我们这里不谈，只记结果：不论N沟道还是P沟道MOS管，G极电压都是与S极做比较。N沟道：UGUS时导通。（简单认为）UG=US时截止。P沟道：UGUS时导通。（简单认为）UG=US时截止。但UG比US大（或小）多少伏时MOS管才会饱和导通呢？2020.电路符号UG比US大（或小）多少伏时MOS管才会饱和导通呢？这要看具体的MOS管，不同MOS管需要的压差不同。饱饱和和导导通通问题问题：在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类：信号切信号切换换用MOS管：UG比US大3V-5V即可，实际上只要导通即可，不必须饱和导通。比如常见的：2N7002，2N7002E，2N7002K，2N7002D，FDV301N。电压电压通断通断用MOS管：UG比US应大于10V以上，而且开通时必须工作在饱和导通状态。常见的有：AOL1448，AOL1428A，AON7406，AON7702，MDV1660，AON6428L，AON6718L，AO4496，AO4712，AO6402A，AO3404，SI3456DDV，MDS1660URH，MDS2662URH，RJK0392DPA，RJK03B9DP。PMOS管则和NMOS条件刚好相反。2121.电路符号示例示例1：S极极G极极D极极0V导导通通3VNMOS管：管：2N7002E5V作用：作用：信号切信号切换换（开关）（开关）常用接法：常用接法：S极接地，US=0V。截止条件：截止条件：UG=US=0V。导导通条件：通条件：UG比US大3V-5V即可，UG=3V。2222.S极极G极极D极极电路符号示例示例2：导导通通+15VNMOS管：管：AON74065V作用：作用：电压电压通断通断（开关）（开关）常用接法：常用接法：D极接输入，UD=5V。S极接输出。截止条件：截止条件：UG=US=0V。导导通条件：通条件：UG比US大10V以上，UG=US+10V=15V。（导通时，US=5V）0V5V2323.S极极G极极D极极电路符号示例示例3：导导通通+6VPMOS管：管：AOD425+19V作用：作用：电压电压通断通断（开关）（开关）常用接法：常用接法：S极接输入，US=19V。D极接输出。截止条件：截止条件：UG=US=19V。导导通条件：通条件：UG比US小10V以上，UG=US-13V=6V。0V+19V+19V2424.电路符号如果我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A-B，阻止由B-A 请问可以怎么做？AB方法1：加入一个二级管AB隔离作用隔离作用：2525.方法2：加入MOS管电路符号AB 所以，所谓的MOS管的隔离作用，其实质也就是实现电路的单向导通，它就相当于一个二级管。此处MOS管实现的功能就是：隔离作用隔离作用。但在电路中我们常用隔离MOS，是因为：使用二级管，导通时会有压降，会损失一些电压。而使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。2626.电路符号示例示例1：PMOS管：管：AOL1413作用：作用：隔离隔离AdapterBAT19V5V导导通通接地接地19V19V截止截止6V导导通通19V19V隔离隔离大家有兴趣可分析一下：拔掉适配器后只用电池供电时AOL1413的工作情况，试试吧！2727.笔记本电脑中用到的隔离MOS管只有两个。下面我们来分步讨论一下它的原理，为了方便，隔离MOS管都用二级管代替表示。笔记本主板上的隔离，其实质是将适配器电压（+19V）和电池电压（+12V左右）分隔开来。不让它们直接相通。但又能在拔除任意一种电源时，保证电脑都有持续的供电，实现电源无缝切换。电路符号VINAdapter19V19V隔离隔离1.只用适配器只用适配器时时2828.电路符号VINBAT12V12V隔离隔离2.只用只用电电池池时时问题问题：为什么在不用适配器时，还要用Q1隔离12V呢？Q1Q2 我找到的一种解释是：人们在使用笔记本电脑时，经常会同时插上适配器和电池。如果遇到电网停电，笔记本会自动切换到电池12V供电。这个时候适配器虽然不再供电，但仍相连在笔记本上。如果没有Q1隔离，12V电压会直接进入适配器内部的输出电路，有可能烧毁适配器。这这一解一解释释自己没有做自己没有做过验证过验证，大家可以，大家可以讨论讨论一下一下对对与与错错。2929.BATAdapterQ1Q2电路符号19V12V19V隔离隔离3.适配器适配器+电电池池问题问题：如果不用Q2隔离，同时插上适配器和电池会怎样？现象是：大大电电流。流。当然这只有在维修稳压电源上才可以看到：电流直接达到稳压电源的最大值6A以上，短路灯狂闪。电池充电不就是用较高的电压加到电池上来进行的吗？那么，你觉得，为什么会出现这样的现象呢？3030.电路符号讨论讨论：“不用不用Q2隔离，或者是隔离，或者是Q2被被击击穿短路穿短路时时大大电电流的原因流的原因”19V12V19V12V0V7V7V 电池电压一般是在12V以下，我们就将其看作12V。19V电源呢，我们也可以当作一个大电池，那么一个19V的电池和一个12V的电池如下相连，导线中电流会是多少呢？?A经过两次等效，就相当于将一根导线两端接到7V电池的两端。3131.电路符号 导线的电阻极小，如果我们认为它是0.1欧姆。那么在导线中流过的电流会是多少：7V?A电电流流=稳压电源的最大电流一般是6A左右，所以会出现大电流报警。而正常的电池充电电压是经过芯片精密控制的，一般只比电池实际电压高出一点点，以保证电流不会过大造成电池过分发热。当Q2隔离管击穿短路后，长时间的超负荷工作，极有可能损坏适配器。3232.电路符号MOS管作用管作用总结总结：（结合寄生二极管）如果MOS管用作开关开关时，（不论N沟道还是P沟道），一定是寄生二极管的负极接输入边，正极接输出端或接地。否则就无法实现开关功能了。所以，N沟道一定是D极接输入，S极接输出或地。P沟道则相反，一定是S极接输入，D极接输出。如果MOS管用作隔离隔离时，（不论N沟道还是P沟道），寄生二极管的方向一定是和主板要实现的单向导通方向一致。笔记本主板上用PMOS做隔离管的最常见，但也有极少的主板用NMOS来实现。3333.电路符号5 做个挑做个挑错错游游戏戏吧吧有没有发现过笔记本电路图上的MOS管也有画错的？通过前面的学习，我们来做个挑错游戏吧，看看你能发现多少错误？图图13434.电路符号图图2两张截图里，你发现了几处错误？答案在文档最后面。3535.实 物实 物 篇3636.实 物看看这些MOS管：呵呵，都是很常见的吧？G（栅极）呢？能告诉大家，哪个脚是S（源极）吗？哪个脚是D（漏极）？是P沟道还是N沟道MOS？呵呵，这个有点难哦。给你万用表，怎么测量MOS管是好是坏呢？3737.实 物1 如何分辨三个极？如何分辨三个极？首先，来看看常见的SO-8封装MOS管吧。共有八个脚，显然会有几个脚内部是相连的。第1步：请确定MOS管PIN1（第一脚）方法：芯片上会用一个小圆点标示出PIN1，它一般会在芯片的左下角。第2步：请确定MOS管其他脚方法：从PIN1开始，逆时针方向依次为2，3，.6，7，8脚。3838.实 物第3步：请确定三个极。D极单独位于一边，而G极是第4PIN。剩下的3个脚则是S极。它们的位置是相对固定的，记住这一点很有用。请注意：不论NMOS管还是PMOS管，上述PIN脚的确定方法都是一样的。看看我们常见的NMOS管4816：假如MOS管表面磨损，或是无法辨认PIN1的标记圆点，你可以用什么方法确认PIN1脚，以及G极，D极和S极？拿出万用表，试试吧！3939.实 物再来看看相似的DFN封装MOS管：外形上来看，DNF封装的MOS管仍旧有8个脚，但已经变成贴片形式，节约了高度，散热性能更好些。但其PIN脚极性还是一样排列。还有Ultra SO-8封装的MOS管：Ultra SO-8封装的MOS管相对DFN封装厚度上有点增加，PIN1,2,3直接相连成为S极。4040.实 物接下来，看看6个脚的TSOP-6封装MOS管：SI3456 PIN1,2,5,6为D极；PIN3为G极；PIN4为S极。同样是6个脚，的SOT-363封装MOS管则为双MOS管：4141.实 物最后，3PIN脚的MOS管：（1）SOT-23 PIN1为G极；PIN2为S极；PIN3为D极。但请大家特别注意：主板上主板上标标示的示的PIN1与与PIN2脚与此脚与此刚刚好好颠颠倒了。倒了。主板主板图纸图纸上也是如此。上也是如此。而且，似乎作为一种错误的习惯被保持了下来。另外一种3PIN脚的MOS管：（2）TO-25212321SGD 图纸习惯图纸习惯常见型号有:AOD4251234242.实 物先从简单的开始，拿最常见的3PIN脚MOS管（SOT-23）讲起。2 它是它是N沟道沟道还还是是P沟道的呢？沟道的呢？由上一小节内容，我们可以立即找到MOS管的G,S,D三极。SDG红红表笔表笔（+极极）接D极，黑表笔黑表笔（-极极）接S极：如果，二极体值低于0.700V以下。接下来，将万用表调到“二极体档”。黑表笔黑表笔（-极极）接D极，红红表笔表笔（+极极）接S极：二极体值高于1.200V以上。则可以判断，此MOS管 =为PMOS管。0.620V1.220V交换表笔：4343.实 物过程如下：SDG红红表笔表笔（+极极）接D极，黑表笔黑表笔（-极极）接S极：如果，二极体值高于1.200V以上。万用表调至“二极体档”。黑表笔黑表笔（-极极）接D极，红红表笔表笔（+极极）接S极：二极体值低于0.700V以下。则此MOS管 =为NMOS管。0.620V1.490V交换表笔：如果两次测量的结果相反。则 =为NMOS管。4444.实 物判断沟道的方法已经介绍了，接下来简单谈下依据。MOS管（绝缘栅增强型）的G极与S极、D极之间绝缘；而S极与D极在没有导通之前内阻很大，也可以简单认为是断开的。因此，G，D，S之间用二极体档测量时，应该是两两都不相通。以上是在没有考虑MOS管内部的寄生二极管的前提下得出的结论。而实际上，在测量判断沟道类型时，这个存在于DS极之极之间间的体内二的体内二极管（寄生二极管）才是关极管（寄生二极管）才是关键键！换句话说，我们量的就是这个寄生二极管寄生二极管。导通截止0.620V1.770V交换表笔：NMOSNMOS4545.实 物3PIN脚的说过了，再来看看6PIN脚的MOS管（TSOP-6封装）：由上一小节我们知道，只要知道MOS的第一脚PIN1，那我们就可以通过三极与PIN脚间的对应关系（如右图）立即判断出G，D，S极。但假如，MOS管无法辨认PIN1怎么办？（比如表面污损）不管怎样，三极首先得辨认，之后才是判断N沟道或P沟道的问题。接下来，我们就不妨先说说：在PIN1无法辨认的情况下，如何靠万用表判断三极。判断原则：6PIN中相通的中相通的4PIN是是D极极。之后，对照右上图确定出G极，S极。要么相通相通DDDDSG要么GSDDDD4561233425164646.实 物G极，D极和S极知道后，N沟道P沟道的判断方法和前面还是一样：1DDGDDS1DDGDDS1.850V0.530V交换表笔：=为NMOS管。4747.实 物测量的二极体值相反时，为PMOS管：1DDGDDS1DDGDDS0.450V1.560V交换表笔：=为PMOS管。P-MOS(3)(4)(1,2,5,6)4848.实 物 DFN封装和Ultra SO-8封装的MOS管因为外形独特，一眼即可辨认D极，其他两极也就好依从判断，用不着万用表。至于沟道类型的判断，方法和前面一样，就不再罗嗦了。让我们直接进入SO-8封装MOS管环节吧。还是先来看看：MOS管无法用眼睛辨认PIN1时，怎样用万用表找G、D、S极？判断原则：单边单边4PIN全通的是全通的是D极极。之后，对照下图确定出G极，S极。0.000V如果大家足够细心，根据MOS管有一边存在小小的倒角，仍然能确定PIN1。1PIN4949.实 物 SO-8封装MOS管沟道类型的判断，方法和前面一样，不再详述。至于最后一种MOS管：SOT-363封装双MOS管因为它的对称性，只要正面朝向自己，无论怎样摆放，左下角都可以认为是PIN1。1PIN1PIN 所以呀，在主板上更换这种MOS管时，完全不用担心装反的问题。即使装反了，一样可以正常使用。三极脚位好判断，沟道类型判断还是和前面一样。5050.实 物测测量的注意事量的注意事项项：以上都是在MOS管没有被接入任何电路的情形下，进行的测量。如果MOS管在板时进行测量，测量的值会受到所在电路的影响，有可能会误导判读。建议在板测量出异常时，最好取下进行一次复判。测量前，最好用表笔金属针头部分短接MOS管G极与S极，以释放MOS管G极可能残留的静电电荷。因为G极如果存在静电电压可能会造成D与S极处于导通状态，而引起误判。我们这里测量用的是数字万用表。（当调至“二极管档”时，红表笔是正极（+），黑表笔是负极（-）如果使用指针式万用表，注意红黑表笔上电压极性刚好相反，请注意测量的结果应该颠倒才对。5151.实 物3 能测量出MOS管是好是坏吗？了解了前面那些内容，相信这个问题对大家来说已经不是难事。下面呢，做个简单小结：将万用表将万用表调调至至“二极体档二极体档”，用表笔分用表笔分别别接触三个极，接触三个极，测测量两两之量两两之间间的的值值，并交，并交换换位置。位置。这样这样会有六种会有六种组组合，合，测测到到6个个值值。这这其中只有其中只有1个个值值会低于会低于0.700V以下（以下（0.200V以上）。以上）。否否则则。=为良品良品=为不良品良品说说说说看，看，该该怎么做呢？不妨怎么做呢？不妨动动手手试试一一试试！5252.实 物注意事注意事项项：除了49页提到过的注意事项之外，还请注意：测量中，当红表笔接G极，黑表笔接S极之后，有可能在接下来测量DS这组值时，发现DS间竟短路了，二极体值接近0.001V。本来在前面刚测量过是好的。有些MOS管短路很快就消失了，而有些则需要较长时间才恢复。这同样是因为MOS管GS极间存在一定的极间电容，测量中引入的电压在上面残留。如果电压极性刚好符合MOS管导通条件，此时测量DS间当然就会表现为短路现象。只有当GS极间电容上的电荷漏光或消散完后，DS间才会恢复截止状态。解决的办法是：用表笔金属针头部分短接MOS管G极与S极，释放MOS管GS极间电容上残留的电荷。如果再次测量DS间仍然短路，才能判定MOS管短路了。5353.答 案挑错游戏-答案：（第33页）画法画法错误错误5454.挑错游戏-答案：（第33页）答 案中中间衬间衬底箭底箭头头与与S极短接极短接是正确画法是正确画法S极极G极极D极极G极极S极极D极极5555.挑错游戏-答案：（第33页）答 案修改后画法修改后画法S极极G极极D极极G极极S极极D极极5656.中间衬底箭头（不论方向朝里朝外）与S极相连是正确画法。答 案挑错游戏-答案：（第34页）画法画法错误错误增强型MOS管中间为断续线。5757.ENDQ&A5858.