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要吃透MOS管,看这个就够了

发布时间:2021/12/14 6:05:00

来源:http://www.szinter.com.cn/news736767.html

MOS管别名是场效管,是金属材料-金属氧化物-半导体材料型场效管,归属于绝缘层栅型。文中就构造结构、特性、好用电源电路等好多个层面用技术工程师得话简易叙述。其结构示意图:

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表述1:沟道上边图内,下面的p型正中间一个窄条形便是沟道,促使上下二块P型极连在一起,因而mos管关断后是电阻器特点,因而它的一个关键主要参数便是关断电阻器,采用mos管务必清晰这一主要参数是不是合乎要求。表述2:n型图中表明的是p型mos管,阅读者可以根据此图了解n型的,全是相反就可以。因而,不难理解,n型的如下图在栅极加正压力会造成关断,而p型的反过来。表述3:加强型相对性于耗光型,加强型是根据“加厚型”导电性沟道的薄厚来关断,如下图。栅极电压越低,则p型源、漏极的共价键就越接近正中间,n衬底的空气负离子就越避开栅极,栅极电压做到一个值,叫阈值或坎压时,由p型分散了的共价键连在一起,产生安全通道,便是图例实际效果。因而,非常容易了解,栅极电压务必低到一定水平才可以关断,电压越低,安全通道越厚,关断电阻器越小。因为静电场的抗压强度与间距平方米正相关,因而,静电场强到一定水平以后,电压降低造成的沟道加厚型也就不非常明显了,也是由于n型空气负离子的“忍让”是愈来愈难的。耗光型的是事前作出一个导通层,用栅极来加厚型或是减薄来操纵源漏的关断。但这类管道一般不生产制造,在市面上基本上见不上。因此,大伙儿平常说mos管,就默认设置 是加强型的。表述4:上下对称性图例上下是对称性的,或多或少有些人问如何判断源极和漏极呢?实际上基本原理上,源极和漏极的确是对称性的,不是区别的。但在具体运用中,生产厂家一般在源极和漏极中间联接一个二极管,起维护功效,恰好是这一二极管决策了源极和漏极,那样,封装形式也就确定了,有利于好用。亲爱的老师年青时使用过没有二极管的mos管。很容易被静电感应穿透,平常要存放在铁制陶罐里,它的源极和漏极便是随意接。表述5:氢氧化物膜图内有标示,这一膜是绝缘层的,用于电气隔离,促使栅极只有产生静电场,不可以根据直流电源,因而是用电压操纵的。在直流电源气上,栅极和源漏极是短路。不难理解,这一膜越薄:静电场功效越好、坎压越小、同样栅极电压时导通工作能力越强。弊端是:越非常容易穿透、制作工艺难度系数越大而价钱越高。比如关断电阻器在欧母级的,1角RMB上下买一个,而2402等在十毫欧级的,要2元多(大批量买。零售是4元上下)。表述6:与实体的差别图中只是是基本原理性的,具体的元器件提升了源-漏中间跨接线的维护二极管,进而区别了源极和漏极。具体的元器件,p型的,衬底是正接开关电源的,促使栅极事先变成相对性负电压,因而p型的管道,栅极无需加负电压了,接地装置就能确保关断。等同于事先进行了不可以关断的沟道,严苛讲应该是耗光型了。益处是非常明显的,运用时撇开了负电压。表述7:分布电容图中的栅极根据氢氧化物与衬底产生一个电容器,越发高质量的mos,膜越薄,分布电容越大,常常mos管的漏感做到nF级。这一主要参数是mos管挑选时尤为重要的主要参数之一,务必考虑到清晰。Mos管用以操纵大电流导通,常常被规定数十K甚至数M的电源开关工作频率,在这类主要用途中,栅极数据信号具备沟通交流特点,工作频率越高,沟通交流成份越大,分布电容就能根据沟通交流电流的方式根据电流,产生栅极电流。耗费的电磁能、造成的发热量不容忽视,乃至变成关键问题。为了更好地追求完美快速,必须强有力的栅极推动,也是这些大道理。设想,弱推动数据信号一瞬间变成高电平,可是为了更好地“注满”分布电容必须时长,便会造成上升沿减慢,对电源开关工作频率产生重要危害直到不可以工作中。表述8:怎样工作中在变大区Mos管也可以工作中在变大区,并且很普遍。做镜像系统电流源、放大电路、反馈调节等,全是运用mos管工作中在变大区,因为mos管的特点,当沟道处在似通非通时,栅极电压立即危害沟道的导电能力,展现一定的线性相关。因为栅极与源漏防护,因而其输入电阻可视作无穷,自然,随工作频率增强特性阻抗就那么小,一定工作频率时,就越来越不容忽视。这一高特性阻抗特性被普遍用以放大电路,放大电路剖析的虚连、虚断2个关键标准便是根据这一特性。这也是三极管不能比较的。表述9:发热原因Mos管发烫,关键因素之一是分布电容在经常打开关掉时,呈现沟通交流特点而具备特性阻抗,产生电流。有电流就会有发烫,并不是静电场型的就沒有电流。另一个因素是当栅极电压抬升迟缓时,关断情况要“经过”一个由关掉到关断的零界点,这时,关断阻值非常大,发烫较为强大。第三个缘故是关断后,沟道有电阻器,过主电流,产生发烫。关键考虑到的发烫是第1和第3点。很多mos管具备结温过高维护,说白了结温便是金属材料空气氧化膜下边的沟道地区环境温度,一般是150℃。超出此环境温度,mos管不太可能关断。环境温度降低就修复。要留意这类维护情况的不良影响。只愿以上叙述能简单的了解mos管,下边说说好多个约定成俗电源电路:1:pmos运用一般用以管理方法开关电源的导通,归属于无触点开关,栅极低电频就彻底关断,高电平就彻底截至。并且,栅极可以加宽过开关电源的电压,代表着可以用5v信号管理方法3v开关电源的电源开关,这一基本原理也用以脉冲信号变换。2:nmos管运用一般用以管理方法某电源电路是不是接地装置,归属于无触点开关,栅极高电平就关断造成接地装置,低电频截至。自然栅极还可以用负电压截至,但这一益处没有什么实际意义。其高电平可以高过被控制一部分的开关电源,由于栅极是防护的。因而可以用5v信号操纵3v系统软件的某点能否接地装置,这一基本原理也用以脉冲信号变换。3:变大区运用工作中于变大区,一般用于设计方案集成运放电路,必须的基础知识比较多,相近放大电路,这儿没法详说。常见做镜像系统电流源、电流意见反馈、电压意见反馈等。对于放大电路的整合运用,大家实际上无需关心。人家都搞好了,看中datasheet就可以了,无需按mos管方法去考虑到关断电阻器和分布电容。MOS管的基础知识 如今的超清、显示屏、低温等离子电视中开关电源电路一部分除开选用了PFC技术性外,在电子器件上的开关管均选用特性优良的MOS管替代以往的功率大的晶体三极管,使整个机械的高效率、稳定性、设备故障率均大幅度的降低。因为MOS管和功率大的晶体三极管在构造、特点拥有实质上的差别,在运用上;光耦电路也比晶体三极管繁杂,导致维修人员对电源电路、问题的剖析深感艰难,该文即对于这一问题,把MOS管以及运用电源电路作简易详细介绍,以达到维修人员要求。

一、什么叫MOS管

MOS管的英语全名叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即氢氧化物半导体材料型场效管,归属于场效管中的绝缘层栅型。因而,MOS管有时候被称作绝缘层栅场效管。在一般电子线路中,MOS管通常被用以运算放大器或开关电源电路。1、MOS管的结构;在一块夹杂浓度值较低的P型半导体硅衬底上,用半导体材料光刻、扩散工艺制做2个高夹杂浓度值的N 区,并且用金属铝引出来2个电级,各自做为漏极D和源极S。随后在漏极和源极中间的P型半导体表层遮盖一层非常薄的二氧化硅(Si02)电缆护套膜,在再这一电缆护套膜上用上一个铝电级,做为栅极G。这就组成了一个N沟道(NPN型)加强型MOS管。显而易见它的栅极和其他电级间是绝缘层的。图1-1所显示 A 、B分别是它的框架图和意味着标记。一样用以上一样的方式在一块夹杂浓度值较低的N型半导体硅衬底上,用半导体材料光刻、扩散工艺制做2个高夹杂浓度值的P 区,及以上一样的栅极制作过程,就做成为一个P沟道(PNP型)加强型MOS管。图1-2所显示A 、B分别是P沟道MOS管路框架图和意味着标记。

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2、MOS管的原理:图1-3是N沟道MOS管工作中电路原理图;

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从图1-3-A可以看得出,加强型MOS管的漏极D和源极S中间有两个背对背的PN结。当栅-源电压VGS=0时,即使再加上漏-源电压VDS,总有一个PN结处在反偏情况,漏-源极间沒有导电性沟道(沒有电流穿过),因此这时漏极电流ID=0。这时若在栅-源极间再加上正方向电压,图1-3-B所显示,即VGS>0,则栅极和硅衬底中间的SiO2电缆护套中便造成一个栅极偏向P型硅衬底的静电场,因为金属氧化物层是绝缘层的,栅极所加电压VGS没法产生电流,金属氧化物层的两侧就产生了一个电容器,VGS等效电路是对这一电容器电池充电,并产生一个静电场,伴随着VGS慢慢上升,受栅极正电压的吸引住,在这个电容器的另一边就涌入很多的电子器件并产生了一个从漏极到源极的N型导电性沟道,当VGS超过管道的打开电压VT(一般约为 2V)时,N沟道管逐渐关断,产生漏极电流ID,大家把逐渐产生沟道时的栅-源极电压称之为打开电压,一般用VT表明。操纵栅极电压VGS的尺寸更改了电场力的高低,就可以实现操纵漏极电流ID的尺寸的目地,这也是MOS有用静电场来操纵电流的一个关键特性,因此也称作场效管。3、MOS管的特点;以上MOS管的原理中可以看得出,MOS管的栅极G和源极S中间是绝缘层的,因为Sio2电缆护套的存有,在栅极G和源极S中间等效电路是一个电容器存有,电压VGS造成静电场进而造成源极-漏极电流的造成。这时的栅极电压VGS决策了漏极电流的尺寸,操纵栅极电压VGS的长度就可以操纵漏极电流ID的尺寸。这就可以得到如下所示结果:1) MOS管是一个由更改电压来操纵电流的元器件,因此是电压元器件。2) MOS管路键入特点为负载特点,因此输入电阻极高。4、MOS管的电压正负极和符号标准;图1-4-A 是N沟道MOS管的标记,图内D是漏极,S是源极,G是栅极,正中间的箭头符号表明衬底,假如箭头符号向里表明是N沟道的MOS管,箭头符号向外表明是P沟道的MOS管。在具体MOS管生产制造的环节中衬底在出货前就和源极联接,因此在标记的标准中;表明衬底的箭头符号也务必和源极相互连接,以差别漏极和源极。图1-5-A是P沟道MOS管的标记。MOS管运用电压的正负极和大家一般的晶体三极管同样,N沟道的相近NPN晶体三极管,漏极D接正级,源极S接负级,栅极G正电压时导电性沟道创建,N沟道MOS管开始工作,如下图1-4-B所显示。一样P道的相近PNP晶体三极管,漏极D接负级,源极S接正级,栅极G负电压时,导电性沟道创建,P沟道MOS管开始工作,如下图1-5-B所显示。

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图1-4-A N沟道MOS管标记

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图1-4-B N沟道MOS管电压正负极及衬底联接

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图1-5-A P沟道MOS管标记

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图1-5-B P沟道MOS管电压正负极及衬底联接

5、MOS管和晶体三极管对比的关键特点;1).场效管的源极S、栅极G、漏极D各自相匹配于三极管的发射极e、基极b、集电结c,他们的功效类似,图1-6-A所显示是N沟道MOS管和NPN型晶体三极管管脚,图1-6-B所显示是P沟道MOS管和PNP型晶体三极管管脚相匹配图。

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图1-6-A 图1-6-B

2).场效管是电压操纵电流元器件,由VGS操纵ID,一般的晶体三极管是电流操纵电流元器件,由IB操纵IC。MOS管路放大系数是(跨导gm)当栅极电压更改一伏可以造成漏极电流转变是多少皮安。晶体三极管是电流放大系数(贝塔β)当基极电流更改一mAh能造成集电结电流转变是多少。

3).场效管栅极和其他电级是绝缘层的,不造成电流;而三极管工作中时基极电流IB决策集电结电流IC。因而场效管的输入阻抗比三极管的输入阻抗高的多。

4).场效管仅有大部分自由电子参加导电性;三极管有大部分自由电子和极少数自由电子二种自由电子参加导电性,因极少数自由电子浓度值受环境温度、辐射源等原因危害比较大,因此场效管比三极管的环境温度可靠性好。

5).场效管在源极未与衬底连在一起时,源极和漏极可以交换应用,且特点转变并不大,而三极管的集电结与发射极交换应用时,其特点差别非常大,b 值将减少许多。

6).场效管的噪声系数不大,在低噪音运算放大器的键入级及规定频率稳定度较高的电源电路时要采用场效管。

7).场效管和一般晶体三极管均可构成各种各样运算放大器和开关电源电路,可是整流二极管生产制造技术简易,而且又具备一般晶体三极管不可以比较的出色特点,在各种各样电源电路及运用中实逐渐的替代一般晶体三极管,现阶段的规模性和微处理机集成电路芯片中,早已普遍的选用场效管。6、在电源电源电路中;功率大的MOS管和功率大的晶体三极管对比MOS管的优势;1)、输入电阻高,推动输出功率小:因为栅源中间是二氧化硅(SiO2)电缆护套,栅源中间的电阻测量大部分便是SiO2接地电阻,一般达100MΩ上下,沟通交流输入电阻大部分便是键入电容器的容抗。因为输入电阻高,对鼓励数据信号不容易造成损耗,有电压就可以推动,因此推动输出功率很小(敏感度高)。一般的晶体三极管必不可少有基极电压Vb,再造成基极电流Ib,才可以推动集电结电流的造成。晶体三极管的推动是必须输出功率的(Vb×Ib)。

2)、电源开关速度更快:MOSFET的开关速度和输入的容性特性的有很大关系,由于输入容性特性的存在,使开关的速度变慢,但是在作为开关运用时,可降低驱动电路内阻,加快开关速度(输入采用了后述的“灌流电路”驱动,加快了容性的充放电的时间)。MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,开关时间在10—100ns之间,工作频率可达100kHz以上,普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应,使开关总有滞后现象,影响开关速度的提高(目前采用MOS管的开关电源其工作频率可以轻易的做到100K/S~150K/S,这对于普通的大功率晶体三极管来说是难以想象的)。

3)、无二次击穿;由于普通的功率晶体三极管具有当温度上升就会导致集电极电流上升(正的温度~电流特性)的现象,而集电极电流的上升又会导致温度进一步的上升,温度进一步的上升,更进一步的导致集电极电流的上升这一恶性循环。而晶体三极管的耐压VCEO随管温度升高是逐步下降,这就形成了管温继续上升、耐压继续下降最终导致晶体三极管的击穿,这是一种导致电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破坏性的热电击穿现象,也称为二次击穿现象。MOS管具有和普通晶体三极管相反的温度~电流特性,即当管温度(或环境温度)上升时,沟道电流IDS反而下降。例如;一只IDS=10A的MOS FET开关管,当VGS控制电压不变时,在250C温度下IDS=3A,当芯片温度升高为1000C时,IDS降低到2A,这种因温度上升而导致沟道电流IDS下降的负温度电流特性,使之不会产生恶性循环而热击穿。也就是MOS管没有二次击穿现象,可见采用MOS管作为开关管,其开关管的损坏率大幅度的降低,近两年电视机开关电源采用MOS管代替过去的普通晶体三极管后,开关管损坏率大大降低也是一个极好的证明。

4)、MOS管导通后其导通特性呈纯阻性;普通晶体三极管在饱和导通时,几乎是直通,有一个极低的压降,称为饱和压降,既然有一个压降,那么也就是;普通晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻值极小的电阻,但是这个等效的电阻是一个非线性的电阻(电阻上的电压和流过的电流不能符合欧姆定律),而MOS管作为开关管应用,在饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻,但是这个电阻等效一个线性电阻,其电阻的阻值和两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系,电流大压降就大,电流小压降就小,导通后既然等效是一个线性元件,线性元件就可以并联应用,当这样两个电阻并联在一起,就有一个自动电流平衡的作用,所以MOS管在一个管子功率不够的时候,可以多管并联应用,且不必另外增加平衡措施(非线性器件是不能直接并联应用的)。

MOS管和普通的晶体三极管相比,有以上四项优点,就足以使MOS管在开关运用状态下完全取代普通的晶体三极管。目前的技术MOS管道VDS能做到1000V,只能作为开关电源的开关管应用,随着制造工艺的不断进步,VDS的不断提高,取代显像管电视机的行输出管也是近期能实现的。二、灌流电路

1、MOS管作为开关管应用的特殊驱动电路;灌流电路MOS管和普通晶体三极管相比,有诸多的优点,但是在作为大功率开关管应用时,由于MOS管具有的容性输入特性,MOS管的输入端,等于是一个小电容器,输入的开关激励信号,实际上是在对这个电容进行反复的充电、放电的过程,在充放电的过程中,使MOS管道导通和关闭产生了滞后,使“开”与“关”的过程变慢,这是开关元件不能允许的(功耗增加,烧坏开关管),如图所示,在图2-1中 A方波为输入端的激励波形,电阻R为激励信号内阻,电容C为MOS管输入端等效电容,激励波形A加到输入端是对等效电容C的充放电作用,使输入端实际的电

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图2-1

压波形变成B的畸变波形,导致开关管不能正常开关工作而损坏,解决的方法就是,只要R足够的小,甚至没有阻值,激励信号能提供足够的电流,就能使等效电容迅速的充电、放电,这样MOS开关管就能迅速的“开”、“关”,保证了正常工作。由于激励信号是有内阻的,信号的激励电流也是有限度,我们在作为开关管的MOS管的输入部分,增加一个减少内阻、增加激励电流的“灌流电路”来解决此问题,如图2-2所示。

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图2-2

在图2-2中;在作为开关应用的MOS管Q3的栅极S和激励信号之间增加Q1、Q2两只开关管,此两只管均为普通的晶体三极管,两只管接成串联连接,Q1为NPN型Q2为PNP型,基极连接在一起(实际上是一个PNP、NPN互补的射极跟随器),两只管等效是两只在方波激励信号控制下轮流导通的开关,如图2-2-A、图2-2-B当激励方波信号的正半周来到时;晶体三极管Q1(NPN)导通、Q2(PNP)截止,VCC经过Q1导通对MOS开关管Q3的栅极充电,由于Q1是饱和导通,VCC等效是直接加到MOS管Q3的栅极,瞬间充电电流极大,充电时间极短,保证了MOS开关管Q3的迅速的“开”,如图2-2-A所示(图2-2-A和图2-2-B中的电容C为MOS管栅极S的等效电容)。当激励方波信号的负半周来到时;晶体三极管Q1(NPN)截止、Q2(PNP)导通,MOS开关管Q3的栅极所充的电荷,经过Q2迅速放电,由于Q2是饱和导通,放电时间极短,保证了MOS开关管Q3的迅速的“关”,如图2-2-B所示。

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图2-2-A 图2-2-B

由于MOS管在制造工艺上栅极S的引线的电流容量有一定的限度,所以在Q1在饱和导通时VCC对MOS管栅极S的瞬时充电电流巨大,极易损坏MOS管的输入端,为了保护MOS管的安全,在具体的电路中必须采取措施限制瞬时充电的电流值,在栅极充电的电路中串接一个适当的充电限流电阻R,如图2-3-A所示。充电限流电阻R的阻值的选取;要根据MOS管的输入电容的大小,激励脉冲的频率及灌流电路的VCC(VCC一般为12V)的大小决定一般在数十姆欧到一百欧姆之间。

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图2-3-A

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图2-3-B

由于充电限流电阻的增加,使在激励方波负半周时Q2导通时放电的速度受到限制(充电时是VCC产生电流,放电时是栅极所充的电压VGS产生电流,VGS远远小于VCC,R的存在大大的降低了放电的速率)使MOS管的开关特性变坏,为了使R阻值在放电时不影响迅速放电的速率,在充电限流电阻R上并联一个形成放电通路的二极管D,图2-3-B所示。此二极管在放电时导通,在充电时反偏截止。这样增加了充电限流电阻和放电二极管后,既保证了MOS管的安全,又保证了MOS管,“开”与“关”的迅速动作。

2、另一种灌流电路灌流电路的另外一种形式,对于某些功率较小的开关电源上采用的MOS管往往采用了图2-4-A的电路方式。

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图2-4-A

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图2-4-B

图中 D为充电二极管,Q为放电三极管(PNP)。工作过程是这样,当激励方波正半周时,D导通,对MOS管输入端等效电容充电(此时Q截止),在当激励方波负半周时,D截止,Q导通,MOS管栅极S所充电荷,通过Q放电,MOS管完成“开”与“关”的动作,如图2-4-B所示。此电路由激励信号直接“灌流”,激励信号源要求内阻较低。该电路一般应用在功率较小的开关电源上。

3、MOS管开关应用必须设置泄放电阻;MOS管在开关状态工作时;Q1、Q2是轮流导通,MOS管栅极是在反复充电、放电的状态,如果在此时关闭电源,MOS管的栅极就有两种状态;一个状态是;放电状态,栅极等效电容没有电荷存储,一个状态是;充电状态,栅极等效电容正好处于电荷充满状态,图2-5-A所示。虽然电源切断,此时Q1、Q2也都处于断开状态,电荷没有释放的回路,MOS管栅极的电场仍然存在(能保持很长时间),建立导电沟道的条件并没有消失。这样在再次开机瞬间,由于激励信号还没有建立,而开机瞬间MOS管的漏极电源(VDS)随机提供,在导电沟道的作用下,MOS管即刻产生不受控的巨大漏极电流ID,引起MOS管烧坏。为了避免此现象产生,在MOS管的栅极对源极并接一只泄放电阻R1,如图2-5-B所示,关机后栅极存储的电荷通过R1迅速释放,此电阻的阻值不可太大,以保证电荷的迅速释放,一般在5K~数10K左右。

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图2-5-A

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图2-5-B

灌流电路主要是针对MOS管在作为开关管运用时其容性的输入特性,引起“开”、“关”动作滞后而设置的电路,当MOS管作为其他用途;例如线性放大等应用,就没有必要设置灌流电路。

三、大功率MOS管开关电路。实例应用电路分析

初步的了解了以上的关于MOS管的一些知识后,一般的就可以简单的分析,采用MOS管开关电源的电路了。1、 三星等离子V2屏开关电源PFC部分激励电路分析;图3-1所示是三星V2屏开关电源,PFC电源部分电原理图,图3-2所示是其等效电路框图。

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图3-1

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图3-2

图3-1所示;是三星V2屏等离子开关电源的PFC激励部分。从图中可以看出;这是一个并联开关电源L1是储能电感,D10是这个开关电源的整流二极管,Q1、Q2是开关管,为了保证PFC开关电源有足够的功率输出,采用了两只MOS管Q1、Q2并联应用(图3-2所示;是该并联开关电源等效电路图,图中可以看出该并联开关电源是加在整流桥堆和滤波电容C5之间的),图中Q3、Q4是灌流激励管,Q3、Q4的基极输入开关激励信号, VCC-S-R是Q3、Q4的VCC供电(22.5V)。两只开关管Q1、Q2的栅极分别有各自的充电限流电阻和放电二极管,R16是Q2的在激烈信号为正半周时的对Q2栅极等效电容充电的限流电阻,D7是Q2在激烈信号为负半周时的Q2栅极等效电容放电的放电二极管,同样R14、D6则是Q1的充电限流电阻和放电的放电二极管。R17和R18是Q1和Q2的关机栅极电荷泄放电阻。D9是开机瞬间浪涌电流分流二极管。

2、 三星等离子V4屏开关电源PFC部分激励电路分析;图3-3所示;是三星V4屏开关电源PFC激励部分电原理图,可以看出该V4屏电路激励部分原理相同于V2屏。只是在每一只大功率MOS开关管的栅极泄放电阻(R209、R206)上又并联了过压保护二极管;ZD202、ZD201及ZD204、ZD203

图3-3

3、 海信液晶开关电源PFC部分激励电路分析,图3-4所示;海信液晶电视32寸~46寸均采用该开关电源,电源采用了复合集成电路 ** A—E1017(PFC和PWM共用一块复合激励集成电路),同样该PFC开关电源部分也是一个并联的开关电源,图3-4所示。TE001是储能电感、DE004是开关电源的整流管、QE001、QE002是两只并联的大功率MOS开关管。该集成电路的PFCOUTPUT端子是激励输出,,RE008、RE009、RE010、VE001、DE002、RE011、DE003组成QE001和QE002的灌流电路。

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图3-4

灌流电路的等效电路如图3-5所示,从图中,可以清晰的看出该灌流电路的原理及各个元件的作用。

从等效电路图来分析,集成电路的激励输出端(PFCOUTPUT端子),输出方波的正半轴时DE002导通,经过RE008、RE010对MOS开关管QE001和QE002的栅极充电,当激励端为负半周时,DE002截止,由于晶体三极管VE001是PNP型,负半轴信号致使VE001导通,此时;QE001和QE002的栅极所充电荷经过VE001放电,MOS管完成“开”、“关”周期的工作。从图3-5的分析中,RE011作用是充电的限流电阻,而在放电时由于VE001的存在和导通,已经建立了放电的回路,DE003的作用是加速VE001的导通,开关管关闭更加迅速。

图3-4所示原理图是PFC开关电源及PWM开关电源的电原理图,该电路中的集成电路MSA-E1017是把PFC部分的激励控制和PWM部分激励控制复合在一块集成电路中,图3-6是原理框图,图中的QE003及TE002是PWM开关电源的开关管及开关变压器,RE050是QE003的充电限流电阻、DE020是其放电二极管。

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图3-5

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图3-6

四、MOS管的防静电保护

MOS管是属于绝缘栅场效应管,栅极是无直流通路,输入阻抗极高,极易引起静电荷聚集,产生较高的电压将栅极和源极之间的绝缘层击穿。早期生产的MOS管大都没有防静电的措施,所以在保管及应用上要非常小心,特别是功率较小的MOS管,由于功率较小的MOS管输入电容比较小,接触到静电时产生的电压较高,容易引起静电击穿。而近期的增强型大功率MOS管则有比较大的区别,首先由于功能较大输入电容也比较大,这样接触到静电就有一个充电的过程,产生的电压较小,引起击穿的可能较小,再者现在的大功率MOS管在内部的栅极和源极有一个保护的稳压管DZ(图4-1所示),把静电嵌位于保护稳压二极管的稳压值以下,有效的保护了栅极和源极的绝缘层,不同功率、不同型号的MOS管其保护稳压二极管的稳压值是不同的。虽然MOS管内部有了保护措施,我们操作时也应按照防静电的操作规程进行,这是一个合格的维修员应该具备的。

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图4-1

五、MOS管的检测与代换:

在修理电视机及电器设备时,会遇到各种元器件的损坏,MOS管也在其中,这就是我们的维修人员如何利用常用的万用表来判断MOS管的好坏、优劣。在更换MOS管是如果没有相同厂家及相同型号时,如何代换的问题。

1、MOS管的测试:作为一般的电器电视机维修人员在测量晶体三极管或二极管时,一般是采用普通的万用表来判断三极管或者二极管的好坏,虽然对所判断的三极管或二极管的电气参数没法确认,但是只要方 ** 确对于确认晶体三极管的“好”与“坏”还是没有问题的。同样MOS管也可以应用万用表来判断其“好”与“坏”,从一般的维修来说,也可以满足需求了。

检测必须采用指针式万用表(数字表是不适宜测量半导体器件的)。对于功率型MOSFET开关管都属N沟道增强型,各生产厂的产品也几乎都采用相同的TO-220F封装形式(指用于开关电源中功率为50—200W的场效应开关管),其三个电极排列也一致,即将三只引脚向下,打印型号面向自巳,左侧引脚为栅极,右侧引脚为源极,中间引脚为漏极如图5-1所示。

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图5-1

1)万用表及相关的准备:首先在测量前应该会使用万用表,特别是欧姆档的应用,要了解欧姆挡才会正确应用欧姆挡来测量晶体三极管及MOS管(现在很多的从事修理人员,不会使用万用表,特别是万用表的欧姆挡,这绝不是危言耸听,问问他?他知道欧姆挡的R×1 R×10 R×100 R×1K R×10K,在表笔短路时,流过表笔的电流分别有多大吗?这个电流就是流过被测元件的电流。他知道欧姆挡在表笔开路时表笔两端的电压有多大吗?这就是在测量时被测元件在测量时所承受的电压)

用万用表的欧姆挡的欧姆中心刻度不能太大,最好小于12Ω(500型表为12Ω),这样在R×1挡可以有较大的电流,对于PN结的正向特性判断比较准确。万用表R×10K挡内部的电池最好大于9V,这样在测量PN结反相漏电流时比较准确,否则漏电也测不出来。

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图5-2

现在由于生产工艺的进步,出厂的筛选、检测都很严格,我们一般判断只要判断MOS管不漏电、不击穿短路、内部不断路、能放大就可以了,方法极为简单:采用万用表的R×10K挡;R×10K挡内部的电池一般是9V加1.5V达到10.5V这个电压一般判断PN结点反相漏电是够了,万用表的红表笔是负电位(接内部电池的负极),万用表的黑表笔是正电位(接内部电池的正极),图5-2所示。2)测试步骤把红表笔接到MOS管的源极S;把黑表笔接到MOS管的漏极D,此时表针指示应该为无穷大,如图5-3所示。如果有欧姆指数,说明被测管有漏电现象,此管不能用。

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图5-3

保持上述状态;此时用一只100K~200K电阻连接于栅极和漏极,如图5-4所示;这时表针指示欧姆数应该越小越好,一般能指示到0欧姆,这时是正电荷通过100K电阻对MOS管的栅极充电,产生栅极电场,由于电场产生导致导电沟道致使漏极和源极导通,所以万用表指针偏转,偏转的角度大(欧姆指数小)证明放电性能好。

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图5-4

此时在图5-4的状态;再把连接的电阻移开,这时万用表的指针仍然应该是MOS管导通的指数不变,如图5-5所示。虽然电阻拿开,但是因为电阻对栅极所充的电荷并没有消失,栅极电场继续维持,内部导电沟道仍然保持,这就是绝缘栅型MOS管的特点。如果电阻拿开表针会慢慢的逐步的退回到高阻甚至退回到无穷大,要考虑该被测管栅极漏电。

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图5-5

这时用一根导线,连接被测管的栅极和源极,万用表的指针立即返回到无穷大,如图5-6所示。导线的连接使被测MOS管,栅极电荷释放,内部电场消失;导电沟道也消失,所以漏极和源极之间电阻又变成无穷大。

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2、MOS管的更换在修理电视机及各种电器设备时,遇到元器件损坏应该采用相同型号的元件进行更换。但是,有时相同的元件手边没有,就要采用其他型号的进行代换,这样就要考虑到各方面的性能、参数、外形尺寸等,例如电视的里面的行输出管,只要考虑耐压、电流、功率一般是可以进行代换的(行输出管外观尺寸几乎相同),而且功率往往大一些更好。对于MOS管代换虽然也是这一原则,最好是原型号的最好,特别是不要追求功率要大一些,因为功率大;输入电容就大,换了后和激励电路就不匹配了,激励灌流电路的充电限流电阻的阻值的大小和MOS管的输入电容是有关系的,选用功率大的尽管容量大了,但输入电容也就大了,激励电路的配合就不好了,这反而会使MOS管的开、关性能变坏。所示代换不同型号的MOS管,要考虑到其输入电容这一参数。例如有一款42寸液晶电视的背光高压板损坏,经过检查是内部的大功率MOS管损坏,因为无原型号的代换,就选用了一个,电压、电流、功率均不小于原来的MOS管替换,结果是背光管出现连续的闪烁(启动困难),最后还是换上原来一样型号的才解决问题。检测到MOS管损坏后,更换时其周边的灌流电路的元件也必须全部更换,因为该MOS管的损坏也可能是灌流电路元件的欠佳引起MOS管损坏。即便是MOS管本身原因损坏,在MOS管击穿的瞬间,灌流电路元件也受到伤害,也应该更换。就像我们有很多高明的维修师傅在修理A3开关电源时;只要发现开关管击穿,就也把前面的2SC3807激励管一起更换一样道理(尽管2SC3807管,用万用表测量是好的)。

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