MOS管原理非常详细.ppt

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1、MOS管的那些事儿 2012.11.15 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。 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 电路符号 电路符号篇 开始之前，一个小测试： 电路符号 G（栅极）

2、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？ 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？ 电路符号 1 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 G极 D极 G极，不用说比较好认。 S极， 不论是 P沟道还

3、是 N沟道， 两根线相交 的就是； 电路符号 2 他们是 N沟道还是 P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 G极 D极 箭头指向 G极的是 N沟道 N沟道 MOSFET 电路符号 S极 G极 D极 箭头背向 G极的是 P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 MOSFET 电路符号 S极 G极 D极 小测试： 先判断是什么沟道，再判断三个脚极性。 S极 G极 D极 2 3 1 1 2 3 P沟道 MOSFET N沟道 MOSFET 电路符号 3 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 G极 D极 N沟道 S

4、极 G极 D极 P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 电路符号 S极 G极 D极 N沟道 S极 G极 D极 P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 S指向 D， 要么都由 D指向 S。 0V 截止 5V 导通 电路符号 4 它能干吗用呢？ 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。 此处电压 被拉低 开关作用 (1): PQ27控制脚为低

5、电平 电路符号 此处电压 不被拉低 3V GND 导通 0V 截止 开关作用 (1): PQ27控制脚为高电平 电路符号 以上 MOS开关 实现的是 信号切换 （高低电平切换）。 再来看个 MOS开关 实现 电压通断 的例子吧。 由 +1.5V_SUS产生 +1.5V电路（ 1） 0V 截止 0V 电路符号 MOS开关 实现 电压通断 的例子： 由 +1.5V_SUS产生 +1.5V电路（ 2） +15V 导通 +1.5V 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 输入 端；哪个极连接 输出 端。 控制极电平为

6、 “ ？ 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。 电路符号 小结： “ MOS管用作开关时在电路中的连接方法 ” 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 G极 D极 P沟道 S极 G极 D极 N沟道 输入端 输入端 输出端 输出端 导通时 导通时 电路符号 反证： 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 G极 D极 P沟道 S极 G极 D

7、极 N沟道 输入 假如： S接输入， D接输出呢？ 输出 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。 输入 输出 同样失去了开关作用。 电路符号 小结： “ MOS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。

8、（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？ 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。 饱和 导通问题： 在笔记本主板上用到的 NMOS可简单分作两大类： 信号切换 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。 电压通断 用 MOS管： UG比 US应大于 10

9、V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。 电路符号 示例 1： S极 G极 D极 0V 导通 3V NMOS管： 2N7002E 5V 作用： 信号切换 （开关） 常用接法： S极接地 ， US=0V。 截止条件： UG=US=0

10、V。 导通条件： UG比 US大 3V-5V即可， UG=3V。 S极 G极 D极 电路符号 示例 2： 导通 +15V NMOS管： AON7406 5V 作用： 电压通断 （开关） 常用接法： D极接输入 ， UD=5V。 S极接输出。 截止条件： UG=US=0V。 导通条件： UG比 US大 10V以上， UG=US+10V=15V。 （导通时， US=5V） 0V 5V S极 G极 D极 电路符号 示例 3： 导通 +6V PMOS管： AOD425 +19V 作用： 电压通断 （开关） 常用接法： S极接输入 ， US=19V。 D极接输出。 截止条件： UG=US=19V。 导通

11、条件： UG比 US小 10V以上， UG=US-13V=6V。 0V +19V +19V 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？ A B 方法 1：加入一个二级管 A B 隔离作用 ： 方法 2：加入 MOS管 电路符号 A B 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 。 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

12、饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。 电路符号 示例 1： PMOS管： AOL1413 作用： 隔离 Adapter BAT 19V 5V 导通 接地 19V 19V 截止 6V 导通 19V 19V 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！ 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

13、无缝切换。 电路符号 VIN Adapter 19V 19V 隔离 1. 只用适配器时 电路符号 VIN BAT 12V 12V 隔离 2. 只用电池时 问题： 为什么在不用适配器时，还要用 Q1隔离 12V呢？ Q1 Q2 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。 这一解释自己没有做过验证，大家可以讨论一下对与错。 BAT Adapter Q1 Q2 电路符号 19V

14、12V 19V 隔离 3. 适配器 +电池 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： 大电流。 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？ 电路符号 讨论： “ 不用 Q2隔离，或者是 Q2被击穿短路时大电流的原因 ” 19V 12V 19V 12V 0V 7V 7V 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

15、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。 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 70 1.0 7电流 = 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。 电路符号 MOS管作用总结： （结合寄生二极管） 如果 MOS管用作 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

16、，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 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。 电路符号 5 做个挑错游戏吧 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 1 电路符号 图 2 两张截图里， 你发现了几处错误？ 答案在文档最后面。 实 物 实

17、 物 篇 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？ 实 物 1 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。 实

18、 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！ 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

19、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。 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： 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： 主板上标示的 PIN1与 PIN2脚与此刚好颠倒了。 主板图纸上也是如此。

20、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-252 1 2 3 2 1 S G D 图纸习惯 常见型号有 : AOD425 1 2 3 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 N沟道还是 P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。 S D G 红表笔 （ +极 ）接 D极， 黑表笔 （ - 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 （ - 极 ）接 D极， 红表笔 （ +极 ）接 S

21、极： 二极体值高于 1.200V以上。 则可以判断，此 MOS管 =为 PMOS管。 0.620V 1.22 交换表笔： 实 物 过程如下： S D G 红表笔 （ +极 ）接 D极， 黑表笔 （ - 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 （ - 极 ）接 D极， 红表笔 （ +极 ）接 S极： 二极体值低于 0.700V以下。 则此 MOS管 =为 NMOS管。 0.620V 1.49 交换表笔： 如果两次测量的结果相反。则 =为 NMOS管。 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

22、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极之间的体内二 极管（寄生二极管）才是关键！ 换句话说，我们 量的就是这个 寄生二极管 。 导通 截止 0.620V 1.770 交换表笔： NMOS 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 PI

23、N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 4PIN是 D极 。 之后， 对照右上图确定出 G极， S极。 要么 相通 相通 D D D D S G 要么 G S D D D D 4 5 6 1 2 3 3 4 2 5 1 6 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： 1 D D G D D S 1

24、 D D G D D S 1.850V 0.530V 交换表笔： =为 NMOS管。 实 物 测量的二极体值相反时，为 PMOS管： 1 D D G D D S 1 D D G D D S 0.450V 1.560V 交换表笔： =为 PMOS管。 P-MOS (3) (4) (1,2,5,6) 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

25、、 D、 S极？ 判断原则： 单边 4PIN全通的是 D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。 1PIN 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。 1PIN 1PIN 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。 实 物 测量

26、的注意事项： 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。 实 物 3 能测量

27、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： 将万用表调至 “ 二极体档 ” ， 用表笔分别接触三个极，测量两两之间的值，并交换位置。 这样会有六种组合，测到 6个值。 这其中只有 1个值会低于 0.700V以下（ 0.200V以上）。 否则 。 =为 良品 =为不 良品 说说看，该怎么做呢？不妨动手试一试！ 实 物 注意事项： 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。

28、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。 答 案 挑错游戏 -答案 ： （第 33页） 画法错误 挑错游戏 -答案 ： （第 33页） 答 案 中间衬底箭头 与 S极短接 是正确画法 S极 G极 D极 G极 S极 D极 挑错游戏 -答案 ： （第 33页） 答 案 修改后画法 S极 G极 D极 G极 S极 D极 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） 画法错误 增强型 MOS管中间 为断续线。 END Q & A