mos管mos管mos基礎知識

1.MOS管驅動

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用于需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動電路，也有照明調(diào)光。

現(xiàn)在的MOS驅動，有幾個特別的需求：

1. 低壓應用

當使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結構，由于三極管的be只有0.7V左右的壓降，導致實際最終加載gate上的電壓只有4.3V，這時候，我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2. 寬電壓應用

輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致PWM電路提供給MOS管的驅動電壓是不穩(wěn)定的。

為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置穩(wěn)壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當提供的驅動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。

同時，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時候gate電壓不足，引起導通不夠徹底，從而增加功耗。

3. 雙電壓應用

在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接。

這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側能夠有效的控制高壓側的MOS管，同時高壓側的MOS管也同樣會面對1和2提到的問題。

在這三種情況下，圖騰柱結構無法滿足輸出需求，而很多現(xiàn)成的MOS驅動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結構。

這個電路提供了如下的特性：

1，用低端電壓和PWM驅動高端MOS管。

2，用小幅度的PWM信號驅動高gate電壓需求的MOS管。

3，gate電壓的峰值限制

4，輸入和輸出的電流限制

5，通過使用合適的電阻，可以達到很低的功耗。

6，PWM信號反相。NMOS并不需要這個特性，可以通過前置一個反相器來解決。

2.mos管的作用

MOS管，即在集成電路中絕緣性場效應管。MOS英文全稱為金屬-氧化物-半導體，描述了集成電路中的結構，即：在一定結構的半導體器件上，加上二氧化硅和金屬，形成柵極。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。

MOS管可以用作可變電阻也可應用于放大。由于場效應管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。且場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。場效應管可以方便地用作恒流源也可以用作電子開關。

有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。

在一般電子電路中，通常被用于放大電路或開關電路。而在主板上的電源穩(wěn)壓電路中，MOSFET扮演的角色主要是判斷電位，它在主板上常用“Q”加數(shù)字表示。

目前在主板或顯卡上所采用的并不是太多，一般有10個左右，主要原因是大部分被整合到IC芯片中去了。由于主要是為配件提供穩(wěn)定的電壓，所以它一般使用在CPU、AGP插槽和內(nèi)存插槽附近。其中在CPU與AGP插槽附近各安排一組MOS管，而內(nèi)存插槽則共用了一組MOS管，一般是以兩個組成一組的形式出現(xiàn)主板上的。

還有一個非常重要的性能參數(shù)。主要包括環(huán)境溫度、管殼溫度、貯成溫度等。由于CPU頻率的提高，MOS管需要承受的電流也隨著增強，提供近百A的電流已經(jīng)很常見了。

3.mos 管散熱片

大功率逆變器MOS管，工作的時候，發(fā)熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過高就可能導致MOS管的燒毀，進而可能導致整個電路板的損毀。傳統(tǒng)大功率逆變器MOS管散熱，大功率逆變器MOS管設置于電路板，同時散熱器也設置于電路板，MOS管與散熱器接觸，當電路工作的時候，MOS管散發(fā)的熱量由散熱器迅速散發(fā)出去，如果在電路功率大的時候，MOS管的數(shù)量會比較多，按照目前這種MOS管散熱結構，只能增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱，這樣就會增加機箱 的體積，同時這種散熱結構，風量發(fā)散，散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會安裝通風紙來散熱，但是安裝通風紙很麻煩。

所以MOS管對散熱的要求很高，散熱條件分為最低和最高，即在運行中的散熱情況的上下浮動范圍。一般在選購的時候通常采用最差的散熱條件為標準，這樣在使用的時候就可以留出最大的安全余量，即使在高溫中也能確保系統(tǒng)的正常運行。

MOS管散熱檢測處理方式，下面兩種是常用的方法。

1）多鋪銅，增加散熱過孔。

2）貼散熱膠。通常采用散熱器加導熱硅膠的設計直接接觸散熱，如果MOS管外殼不能接地，可以采用絕緣墊片隔離后再用導熱硅脂散熱。也可以選用硅膠片，硅膠覆蓋MOS管，除了散熱還可以起到防止靜電損壞的作用。

在上述兩種方法中有一帖散熱膠為較常用的方法，其中常用的散熱材料包括導熱硅脂、導熱雙面膠和導熱硅膠片。導熱硅脂俗稱散熱膏，導熱硅脂以有機硅酮為主要原料，是一種高導熱絕緣有機硅材料，幾乎永遠不固化，可在-50℃—+230℃的溫度下長期保持使用。導熱雙面膠常用于LED等功率器件的散熱，其導熱系數(shù)通常大于1.5W/(M.K)；導熱硅膠片起到導熱作用，在發(fā)熱體與散熱器件之間形成良好的導熱通路，與散熱片，結構固定件（風扇）等一起組成散熱模組。為大功率MSO管加裝散熱片和導熱硅膠片時，盡量減少開關管集電極和散熱片之間的耦合電容Ci，同時也要保證導熱效果。以Laird的導熱硅膠片安裝為例，安裝時首先要保持與導熱硅膠片接觸面的干凈，預防導熱硅膠片黏上污穢，安裝時可以采用撕去另一面保護膜，放入散熱器，再撕去最后一面保護膜的方式安裝，同時注意力度要小，避免拉傷或拉起導熱硅膠片。

4.mos管測試儀

簡易MOS管檢測儀，包括電源、中間繼電器、三個按鍵開關、MOS管固定支架、N溝道發(fā)光二極管、P溝道發(fā)光二極管和小燈負載，其中一個按鍵開關為金屬材料，與MOS管柵極相連，另外兩個按鍵開關并聯(lián)連接，N溝道發(fā)光二極管和一個中間繼電器串聯(lián)連接組成N溝道檢測電路；P溝道發(fā)光二極管和一個中間繼電器串聯(lián)連接組成P溝道檢測電路，N溝道檢測電路和P溝道檢測電路并聯(lián)連接。本實用新型的簡易MOS管檢測儀不但可以檢測出MOS管的質量，還可以檢測出MOS管的類型，具有結構簡單和使用方便的優(yōu)點。

主要指標：

1.測量VMOS管可同時顯示：

1）通態(tài)電阻Ron 1~999mΩ (超過999 mΩ時，自動轉為9.99Ω擋)

2）跨導Gfs 0~99.9S

3）開啟電壓Ut 1~7.5V

4）極間電容Cir 0.1~9.9 np

2.如果您需要，通過輔助功能鍵，還可以得到：

1）Cir 1% nP精度；

2）Ut 1%V 精度；

3）測量Ron時的： Ids(max A),Vds(min （V）

4）以及測量Ggs時：Ids(A),Vds(V),Vgs（V）

3.10位LED顯示。

4.采用工業(yè)開關電源，可以在160V~230V 正常工作。

1）通態(tài)電阻Ron      0~999mΩ      精確到   1mΩ

2）超過999 mΩ時，自動轉為9.99Ω擋

3）跨導Gfs          0~99.9S       精確到度10% S

4）開啟電壓Ut       0~8.0V        精確到   10% V

5）極間電容Cir      0~9.9 (np)      精確到   10% np

5. 還可以通過輔助功能鍵，還可以得到:

1）Cir 1% nP精度；Ut 1%V 精度；

2）測量Ron時的：Ids(max A),Vds(min V)；

3）以及測量Ggs時：Ids(A),Vds(V),Vgs(V)；

5.MOS管生產(chǎn)廠家

場效應管MOS管生產(chǎn)廠家KIA電子，專業(yè)生產(chǎn)從事各種大功率半導體器件與功率集成器件的設計，生產(chǎn)和銷售。是中國大功率半導體器件的銷售企業(yè)。且本公司產(chǎn)品廣泛應用于遙控飛機，開關電源，移動數(shù)碼，電動車，逆變器，節(jié)能燈，汽車消費類，LCD，HID，LED等。

MOS管種類和結構

MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。對于這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小，且容易制造。所以開關電源和驅動的應用中，一般都用NMOS。

MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，在MOS管原理圖可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅動感性負載，這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。

品質承諾：

KIA不斷前進發(fā)展的核心基礎，在專業(yè)于MOSFET器件領域的發(fā)展，KIA率先成功研最新型MOSFET系列產(chǎn)品。大幅度降低了產(chǎn)品的RDS（ON），在高溫可靠性和穩(wěn)定性方向有突破性表現(xiàn)——產(chǎn)品的相關測試數(shù)據(jù)標準等同歐美同類產(chǎn)品的轉換效率，并率限將該類型產(chǎn)品在中國市場推出，強勢引高端功率半導體技術搶占高端服務主體

6.MOS 管的引腳

MOS管是金屬(Metal)—氧化物(Oxid)—半導體(Semiconductor)場效應晶體管。市面上常有的一般為N溝道和P溝道。N溝道的電源一般接在D，輸出S，P溝道的電源一般接在S，輸出D。

MOS管的特性；

MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于Sio2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個電容存在，電壓VGS產(chǎn)生電場從而導致源極-漏極電流的產(chǎn)生。此時的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結論：

1） MOS管是一個由改變電壓來控制電流的器件，所以是電壓器件。

2） MOS管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

7.MOS管驅動芯片

現(xiàn)有的很多小信號放大電路都是由晶體管或MOS管的放大電路構成，其功率有限，不能把電路的功率做得很大。隨著現(xiàn)代逆變技術的逐步成熟，尤其是SPWM逆變技術，使信號波形能夠很好地在輸出端重現(xiàn)，并且可以做到高電壓，大電流，大功率。SPWM技術的實現(xiàn)方法有兩種，一種是采用模擬集成電路完成正弦調(diào)制波與三角波載波的比較，產(chǎn)生SPWM信號；另一種是采用數(shù)字方法。隨著應用的深入和集成技術的發(fā)展，已商品化的專用集成電路（ASIC）和專用單片機（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制電路結構簡化，集成度高。由于數(shù)字芯片一般價格比較高，所以在此采用模擬集成電路。主電路采用全橋逆變結構，SPWM波的產(chǎn)生采用UC3637雙PWM控制芯片，并采用公司推出的高壓浮動驅動集成模塊IR2110，從而減小了裝置的體積，降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)本電路放大后，信號可達3kV，并保持了良好的輸出波形。

三角波產(chǎn)生電路

具有一個高速、帶寬為1MHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運放，亦可作為反饋補償運放。UC3637實現(xiàn)其主要功能的就是兩個PWM比較器，實現(xiàn)電路如圖3所示。其他還有如欠壓封鎖，2.5V閾值控制等功能，這些功能在應用電路中也給予實現(xiàn)。

三角波參數(shù)按式（1）及式（2）計算。

Is=（1）

f=（2）

式中：VTH為三角波峰值的轉折（閾值）電壓；

Vs為電源電壓；

RT為定時電阻；

CT為定時電容；

Is為恒流充電電流；

f為振蕩頻率。

8.MOS管的三個極

MOS驅動器主要起波形整形和加強驅動的作用:如果MOS管的G信號波形不夠陡峭，在點評切換階段會造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉換效率，MOS管發(fā)熱嚴重，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，如果G信號驅動能力不夠，將嚴重影響波形跳變的時間.

1.判定柵極G

將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大，并且交換表筆后仍為無窮大，則證明此腳為G極，因為它和另外兩個管腳是絕緣的。

2.判定源極S、漏極D

在源-漏之間有一個PN結，因此根據(jù)PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時黑表筆的是S極，紅表筆接D極。

3.測量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）

將G-S極短路，選擇萬用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應為幾歐至十幾歐。

由于測試條件不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W,大于0.58W（典型值）。

測試步驟：

MOS管的檢測主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。其步驟如下：

1、把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，好的表針指示應該是無窮大。如果有阻值沒被測MOS管有漏電現(xiàn)象。 2、用一只100KΩ－200KΩ的電阻連在柵極和漏極上，然后把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，這時表針指示的值一般是0，這時是下電荷通過這個電阻對MOS管的柵極充電，產(chǎn)生柵極電場，由于電場產(chǎn)生導致導電溝道致使漏極和源極導通，故萬用表指針偏轉，偏轉的角度大，放電性越好。

3、把連接柵極和源極的電阻移開，萬用表紅黑筆不變，如果移開電阻后表針慢慢逐步退回到高阻或無窮大，則MOS管漏電，不變則完好 4、然后一根導線把MOS管的柵極和源極連接起來，如果指針立即返回無窮大，則MOS完好。

9.mos管工作原理：

雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比（beta）。另一種晶體管，叫做場效應管（FET），把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。分別為電流控制器件和電壓控制器件。FET的增益等于它的跨導(transconductance)gm， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。

mos管的工作原理（以N溝道增強型mos場效應管）它是利用VGS來控制“感應電荷”的多少，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然后達到控制漏極電流的目的。在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質的N區(qū)接通，形成了導電溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時，溝道內(nèi)被感應的電荷量也改變，導電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動，也有照明調(diào)光?，F(xiàn)在的MOS驅動，有幾個特別的需求，低壓應用當使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結構，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。 同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

mos管—失效的6大原因

mos管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

目前在市場應用方面，排名第一的是消費類電子電源適配器產(chǎn)品。而mos管的應用領域排名第二的是計算機主板、NB、計算機類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品，隨著國情的發(fā)展計算機主板、計算機類適配器、LCD顯示器對mos管的需求有要超過消費類電子電源適配器的現(xiàn)象了。

第三的就屬網(wǎng)絡通信、工業(yè)控制、汽車電子以及電力設備領域了，這些產(chǎn)品對于mos管的需求也是很大的，特別是現(xiàn)在汽車電子對于mos管的需求直追消費類電子了。

詳解mos管原理及幾種常見失效分析

下面對mos失效的原因總結以下六點，然后對1，2重點進行分析：

1：雪崩失效（電壓失效），也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過mosFET的額定電壓，并且超過達到了一定的能力從而導致mosFET失效。

2：SOA失效（電流失效），既超出mosFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長時間熱積累而導致的失效。

3：體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進行續(xù)流的拓撲結構中，由于體二極管遭受破壞而導致的失效。

4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過程中，柵極及電路寄生參數(shù)導致震蕩引起的失效。

5：靜電失效：在秋冬季節(jié)，由于人體及設備靜電而導致的器件失效。

6：柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導致柵極柵氧層失效。

10.mos管符號

MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導體(semiconductor)場效應晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

電路符號

常用于MOSFET的電路符號有很多種變化，最常見的設計是以一條直線代表通道，兩條和通道垂直的線代表源極與漏極，左方和通道平行而且較短的線代表柵極，如下圖所示。有時也會將代表通道的直線以破折線代替，以區(qū)分增強型MOSFET（enhancement mode MOSFET）或是耗盡型MOSFET（depletion mode MOSFET）。

由于集成電路芯片上的MOSFET為四端元件，所以除了柵極、源極、漏極外，尚有一基極（Bulk或是Body）。MOSFET電路符號中，從通道往右延伸的箭號方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠從P端指向N端，所以箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET，或簡稱PMOS（代表此元件的通道為P型）；反之若箭頭從基極指向通道，則代表基極為P型，而通道為N型，此元件為N型的MOSFET，簡稱NMOS。在一般分布式MOSFET元件（discrete device）中，通常把基極和源極接在一起，故分布式MOSFET通常為三端元件。而在集成電路中的MOSFET通常因為使用同一個基極（common bulk），所以不標示出基極的極性，而在PMOS的柵極端多加一個圓圈以示區(qū)別。

MOS管的使用優(yōu)勢

MOS管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用MOS管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。

MOS管是利用多數(shù)載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導電，被稱之為雙極型器件。有些MOS管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。MOS管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多MOS管集成在一塊硅片上，因此MOS管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。

11.MOSFET的封裝形式

封裝技術也直接影響到芯片的性能和品質，對同樣的芯片以不同形式的封裝，也能提高芯片的性能。所以芯片的封裝技術是非常重要的。

以安裝在PCB的方式區(qū)分，功率MOSFET的封裝形式有插入式（Through Hole）和表面貼裝式（Surface Mount）二大類。插入式就是MOSFET的管腳穿過PCB的安裝孔焊接在PCB上。表面貼裝則是MOSFET的管腳及散熱法蘭焊接在PCB表面的焊盤上。

常見的直插式封裝如雙列直插式封裝（DIP），晶體管外形封裝（TO），插針網(wǎng)格陣列封裝（PGA）等。

典型的表面貼裝式如晶體管外形封裝（D-PAK），小外形晶體管封裝（SOT），小外形封裝（SOP），方形扁平封裝（QFP），塑封有引線芯片載體（PLCC）等等。

電腦主板一般不采用直插式封裝的MOSFET，本文不討論直插式封裝的MOSFET。

一般來說，“芯片封裝”有2層含義，一個是封裝外形規(guī)格，一個是封裝技術。對于封裝外形規(guī)格來說，國際上有芯片封裝標準，規(guī)定了統(tǒng)一的封裝形狀和尺寸。封裝技術是芯片廠商采用的封裝材料和技術工藝，各芯片廠商都有各自的技術，并為自己的技術注冊商標名稱，所以有些封裝技術的商標名稱不同，但其技術形式基本相同。我們先從標準的封裝外形規(guī)格說起。

標準封裝規(guī)格TO封裝

TO（TransistorOut-line）的中文意思是“晶體管外形”。這是早期的封裝規(guī)格，例如TO-92，TO-92L，TO-220，TO-252等等都是插入式封裝設計。近年來表面貼裝市場需求量增大，TO封裝也進展到表面貼裝式封裝。

TO252和TO263就是表面貼裝封裝。其中TO-252又稱之為D-PAK，TO-263又稱之為D2PAK。

D-PAK封裝的MOSFET有3個電極，柵極（G）、漏極（D）、源極（S）。其中漏極（D）的引腳被剪斷不用，而是使用背面的散熱板作漏極（D），直接焊接在PCB上，一方面用于輸出大電流，一方面通過PCB散熱。所以PCB的D-PAK焊盤有三處，漏極（D）焊盤較大。

SOT封裝

SOT（Small Out-Line Transistor）小外形晶體管封裝。這種封裝就是貼片型小功率晶體管封裝，比TO封裝體積小，一般用于小功率MOSFET。常見的規(guī)格如上。

主板上常用四端引腳的SOT-89 MOSFET。

SOP封裝

SOP（Small Out-Line Package）的中文意思是“小外形封裝”。SOP是表面貼裝型封裝之一，引腳從封裝兩側引出呈海鷗翼狀（L字形）。材料有塑料和陶瓷兩種。SOP也叫SOL和DFP。SOP封裝標準有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等等，SOP后面的數(shù)字表示引腳數(shù)。MOSFET的SOP封裝多數(shù)采用SOP-8規(guī)格，業(yè)界往往把“P”省略，叫SO（Small Out-Line ）。

SO-8采用塑料封裝，沒有散熱底板，散熱不良，一般用于小功率MOSFET。

SO-8是PHILIP公司首先開發(fā)的，以后逐漸派生出TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、 SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）等標準規(guī)格。

12.mos管工作原理及詳解

1，MOS管種類和結構

MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。至于為什么不使用耗盡型的MOS管，不建議刨根問底。對于這兩種增強型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小，且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。 MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細介紹。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅動感性負載，這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。

2，MOS管導通特性

導通的意思是作為開關，相當于開關閉合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

3，MOS開關管損失

不管是NMOS還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗?，F(xiàn)在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。MOS在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內(nèi)，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快，損失也越大。導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關時間，可以減小每次導通時的損失；降低開關頻率，可以減小單位時間內(nèi)的開關次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關損失。

4，MOS管驅動

跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。

在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

第二注意的是，普遍用于高端驅動的NMOS，導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。

上邊說的4V或10V是常用的MOS管的導通電壓，設計時當然需要有一定的余量。而且電壓越高，導通速度越快，導通電阻也越小?，F(xiàn)在也有導通電壓更小的MOS管用在不同的領域里，但在12V汽車電子系統(tǒng)里，一般4V導通就夠用了。

5，MOS管應用電路

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源，也有照明調(diào)光。

現(xiàn)在的MOS驅動，有幾個特別的需求。1，低壓應用當使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結構，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。 同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

13.MOS管引腳定義

MOS管是金屬（metal）-氧化物（oxid）-半導體（semiconductor）場效應晶體管，或者稱是金屬-絕緣體（insulator）-半導體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

MOS管如何快速判斷其好壞及引腳功能

1  用10K檔，內(nèi)有15伏電池?？商峁妷骸?

2  因為柵極等效于電容，與任何腳不通，不論N管或P管都很容易找出柵極來，否則是壞管。

3  利用表筆對柵源間正向或反向充電，可使漏源通或斷，且由于柵極上電荷能保持，上述兩步可分先后，不必同步，方便。但要放電時需短路管腳或反充。

4  大都源漏間有反并二極管，應注意，及幫助判斷。

5  大都封莊為字面對自已時，左柵中漏右源。

以上前三點必需掌握，后兩點靈活運用，很快就能判管腳，分好壞。

如果對新拿到的不明MOS管，可以通過測定來判斷腳極，只有準確判定腳的排列，才能正確使用。

管腳測定方法：

①柵極G的測定：用萬用表R×100 檔，測任意兩腳之間正反向電阻，若其中某次測得電阻為數(shù)百Ω)，該兩腳是D、S，第三腳為G。

②漏極D、源極S及類型判定：用萬用表 R ×10kΩ檔測 D、S問正反向電阻，正向電阻約為0.2 ×10kΩ，反向電阻（5一∞）X100kΩ。在測反向電阻時，紅表筆不動，黑表筆脫離引腳后，與G碰一下，然后回去再接原引腳，出現(xiàn)兩種情況：

a．若讀數(shù)由原來較大值變?yōu)?(0×10kΩ)，則紅表筆所接為S，黑表筆為D。用黑表筆接觸G有效，使MOS管D、S間正反向電阻值均為0Ω，還可證明該管為N溝道。

b．若讀數(shù)仍為較大值，黑表筆不動，改用紅表筆接觸G，碰一下之后立即回到原腳，此時若讀數(shù)為0Ω，則黑表筆接的是S極、紅表筆為D極，用紅表筆接觸G極有效，該MOS管為P溝道。

MOS管的發(fā)熱情況有：

1.電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V,才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。

2.頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。

14.MOS管應用電路

MOS管最顯著的特性是開關特性好，所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中，常見的如開關電源和馬達驅動，也有照明調(diào)光。

現(xiàn)在的MOS驅動，有幾個特別的需求，

1，低壓應用

當使用5V電源，這時候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結構，由于三極管的be有0.7V左右的壓降，導致實際最終加在gate上的電壓只有4.3V。這時候，我們選用標稱gate電

壓4.5V的MOS管就存在一定的風險。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2，寬電壓應用

輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導致PWM電路提供給MOS管的驅動電壓是不穩(wěn)定的。為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強行限制gate電壓的幅值。在這種情況下，當提供的驅動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。

同時，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時候gate電壓不足，引起導通不夠徹底，從而增加功耗。

3，雙電壓應用

在一些控制電路中，邏輯部分使用典型的5V或者3.3V數(shù)字電壓，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個電壓采用共地方式連接，這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側能夠有效的控制高壓側的MOS管，同時高壓側的MOS管也同樣會面對1和2中提到的問題。在這三種情況下，圖騰柱結構無法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結構。于是我設計了一個相對通用的電路來滿足這三種需求。

電路圖如下：用于NMOS的驅動電路這里我只針對NMOS驅動電路做一個簡單分析：

Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個電壓可以是相同的，但是Vl不應該超過Vh。

Q1和Q2組成了一個反置的圖騰柱，用來實現(xiàn)隔離，同時確保兩只驅動管Q3和Q4不會同時導通。

R2和R3提供了PWM電壓基準，通過改變這個基準，可以讓電路工作在PWM信號波形比較陡直的位置。

Q3和Q4用來提供驅動電流，由于導通的時候，Q3和Q4相對Vh和GND最低都只有一個Vce的壓降，這個壓降通常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。

R5和R6是反饋電阻，用于對gate電壓進行采樣，采樣后的電壓通過Q5對Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個強烈的負反饋，從而把gate電壓限制在一個有限的數(shù)值。這個數(shù)值可以通過R5和R6來調(diào)節(jié)。

最后，R1提供了對Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的時候可以在R4上面并聯(lián)加速電容。

這個電路提供了如下的特性：

1，用低端電壓和PWM驅動高端MOS管。

2，用小幅度的PWM信號驅動高gate電壓需求的MOS管。

3，gate電壓的峰值限制

4，輸入和輸出的電流限制

5，通過使用合適的電阻，可以達到很低的功耗。

6，PWM信號反相。NMOS并不需要這個特性，可以通過前置一個反相器來解決。

15.mos 管在電源中的作用

MOS即MOSFET全稱金屬氧化膜絕緣柵型場效應管，有門極Gate,源極Source,漏極Drain.通過給Gate加電壓產(chǎn)生電場控制S/D之間的溝道電子或者空穴密度（或者說溝道寬度）來改變S/D之間的阻抗。這是一種簡單好用，接近理想的電壓控制電流源電晶體它具以下特點:開關速度快、高頻率性能好，輸入阻抗高、驅動功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、無二次擊穿問題、全工作區(qū)寬、工作線性度高等等，其最重要的優(yōu)點就是能夠減少體積大小與重量，提供給設計者一種高速度、高功率、高電壓、與高增益的元件。在各類中小功率開關電路中應用極為廣泛。

MOS又分為兩種，一種為耗盡型（DepletionMOS），另一種為增強型（EnhancementMOS）。這兩種型態(tài)的結構沒有太大的差異，只是耗盡型MOS一開始在Drain-Source的通道上就有載子，所以即使在VGS為零的情況下，耗盡型MOS仍可以導通的。而增強型MOS則必須在其VGS大於某一特定值才能導通。

開關電源中的MOS管　　現(xiàn)在讓我們考慮開關電源應用，以及這種應用如何需要從一個不同的角度來審視數(shù)據(jù)手冊。從定義上而言，這種應用需要MOS管定期導通和關斷。同時，有數(shù)十種拓撲可用于開關電源，這里考慮一個簡單的例子。DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執(zhí)行開關功能（圖2），這些開關交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。目前，設計人員常常選擇數(shù)百kHz乃至1 MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。

圖2：用于開關電源應用的MOS管對。（DC-DC控制器）

顯然，電源設計相當復雜，而且也沒有一個簡單的公式可用于MOS管的評估。但我們不妨考慮一些關鍵的參數(shù)，以及這些參數(shù)為什么至關重要。傳統(tǒng)上，許多電源設計人員都采用一個綜合品質因數(shù)（柵極電荷QG ×導通阻抗RDS（ON））來評估MOS管或對之進行等級劃分。

柵極電荷和導通阻抗之所以重要，是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導損耗和開關損耗。

柵極電荷是產(chǎn)生開關損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫侖（nc），是MOS管柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導通阻抗RDS（ON） 在半導體設計和制造工藝中相互關聯(lián)，一般來說，器件的柵極電荷值較低，其導通阻抗參數(shù)就稍高。

開關電源中第二重要的MOS管參數(shù)包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。

某些特殊的拓撲也會改變不同MOS管參數(shù)的相關品質，例如，可以把傳統(tǒng)的同步降壓轉換器與諧振轉換器做比較。諧振轉換器只在VDS （漏源電壓）或ID （漏極電流）過零時才進行MOS管開關，從而可把開關損耗降至最低。這些技術被成為軟開關或零電壓開關（ZVS）或零電流開關（ZCS）技術。由于開關損耗被最小化，RDS（ON） 在這類拓撲中顯得更加重要。

低輸出電容（COSS）值對這兩類轉換器都大有好處。諧振轉換器中的諧振電路主要由變壓器的漏電感與COSS決定。此外，在兩個MOS管關斷的死區(qū)時間內(nèi)，諧振電路必須低輸出電容也有利于傳統(tǒng)的降壓轉換器（有時又稱為硬開關轉換器），不過原因不同。因為每個硬開關周期存儲在輸出電容中的能量會丟失，反之在諧振轉換器中能量反復循環(huán)。因此，低輸出電容對于同步降壓調(diào)節(jié)器的低邊開關尤其重要。

16.n溝道m(xù)os管

（1）vGS對iD及溝道的控制作用

① vGS=0 的情況

從圖1(a)可以看出，增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的PN結。當柵——源電壓vGS=0時，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個PN結處于反偏狀態(tài)，漏——源極間沒有導電溝道，所以這時漏極電流iD≈0。

② vGS>0 的情況

若vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個電場。電場方向垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場。這個電場能排斥空穴而吸引電子。

排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。

（2）導電溝道的形成：當vGS數(shù)值較

N溝MOS晶體管

金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-SemIConductor)結構的晶體管簡稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。MOS管構成的集成電路稱為MOS集成電路，而PMOS管和NMOS管共同構成的互補型MOS集成電路即為CMOS集成電路。

N溝道增強型MOS管的結構

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，制作兩個高摻雜濃度的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極g。在襯底上也引出一個電極B，這就構成了一個N溝道增強型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好)。它的柵極與其它電極間是絕緣的。圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖(c)所示。

由p型襯底和兩個高濃度n擴散區(qū)構成的MOS管叫作n溝道MOS管，該管導通時在兩個高濃度n擴散區(qū)間形成n型導電溝道。n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓，且只有柵源電壓大于閾值電壓時才有導電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓（柵源電壓為零）時，就有導電溝道產(chǎn)生的n溝道MOS管。

NMOS集成電路是N溝道MOS電路，NMOS集成電路的輸入阻抗很高，基本上不需要吸收電流，因此，CMOS與NMOS集成電路連接時不必考慮電流的負載問題。NMOS集成電路大多采用單組正電源供電，并且以5V為多。CMOS集成電路只要選用與NMOS集成電路相同的電源，就可與NMOS集成電路直接連接。不過，從NMOS到CMOS直接連接時，由于NMOS輸出的高電平低于CMOS集成電路的輸入高電平，因而需要使用一個（電位）上拉電阻R，R的取值一般選用2～100KΩ。

17.大功率MOS管

MOS管功放具有鼓勵功率小，輸出功率大，輸出漏極電流具有負溫度系數(shù)，安全可靠，且有作業(yè)頻率高，偏置簡略等優(yōu)點。以運放的輸出作為OCL的輸入，到達按捺零點漂移的效果。

MOS管驅動電路，驅動電路包含MOS管主驅動電路和欠壓維護電路。MOS管主驅動電路的輸出端與MOS管的柵極電銜接，輸入端接單片機脈寬調(diào)制輸入信號。欠壓維護電路銜接在MOS管主驅動電路的輸入端，包含對比器、電阻R1、R2和穩(wěn)壓二極管D2；電阻R2和對比器的輸入端并聯(lián)再與電阻R1串聯(lián)在MOS管主驅動電路的驅動電源和電源地之間；對比器的輸出端串聯(lián)穩(wěn)壓二極管D2。本實用新型的欠壓維護電路將驅動電源電壓經(jīng)電阻分壓后的電壓與設定的基準電壓對比，假如低于基準電壓，欠壓維護驅動電路當即堵截MOS管驅動電路，有用避免MOS管進入線性區(qū)所形成的功率器材功率低及易損壞等不良后果。

電路供給了如下的特性：

1，用低端電壓和PWM驅動高端MOS管。

2，用小幅度的PWM信號驅動高gate電壓需求的MOS管。

3，gate電壓的峰值約束

4，輸入和輸出的電流約束

5，經(jīng)過使用適宜的電阻，能夠到達很低的功耗。

6，PWM信號反相。NMOS并不需要這個特性，能夠經(jīng)過前置一個反相器來處理。

18.功率mos管主要參數(shù)

這些參數(shù)是 MOSFET 在關斷狀態(tài)能承受過壓能力的指標.如果電壓超過漏源極限電壓將導致器件處在雪崩狀態(tài).

雪崩擊穿特性參數(shù)

EAS :單次脈沖雪崩擊穿能量.這是個極限參數(shù),說明 MOSFET 所能承受的最大雪崩擊穿能量.

IAR :雪崩電流.

EAR :重復雪崩擊穿能量.

5 熱阻

結點到外殼的熱阻.它表明當耗散一個給定的功率時,結溫與外殼溫度之間的差值大小.公式表達⊿ t = PD*  .

外殼到散熱器的熱阻,意義同上.

結點到周圍環(huán)境的熱阻,意義同上.

6 體內(nèi)二極管參數(shù)

IS :連續(xù)最大續(xù)流電流(從源極).

ISM :脈沖最大續(xù)流電流(從源極).

VSD :正向導通壓降.

Trr :反向恢復時間.

Qrr :反向恢復充電電量.

Ton :正向導通時間.(基本可以忽略不計).

7、一些其他的參數(shù)：

Iar:    雪崩電流

Ear:     重復雪崩擊穿能量

Eas:     單次脈沖雪崩擊穿能量

di/dt---電流上升率（外電路參數(shù)）

dv/dt---電壓上升率（外電路參數(shù)）

ID(on)---通態(tài)漏極電流

IDQ---靜態(tài)漏極電流（射頻功率管）

IDS---漏源電流

IDSM---最大漏源電流

IDSS---柵-源短路時，漏極電流

IDS(sat)---溝道飽和電流（漏源飽和電流）

IG---柵極電流（直流）

IGF---正向柵電流

IGR---反向柵電流

IGDO---源極開路時，截止柵電流

IGSO---漏極開路時，截止柵電流

IGM---柵極脈沖電流

IGP---柵極峰值電流

IF---二極管正向電流

IGSS---漏極短路時截止柵電流

IDSS1---對管第一管漏源飽和電流

IDSS2---對管第二管漏源飽和電流

Iu---襯底電流

Ipr---電流脈沖峰值（外電路參數(shù)）

gfs---正向跨導

Gp---功率增益

Gps---共源極中和高頻功率增益

GpG---共柵極中和高頻功率增益

GPD---共漏極中和高頻功率增益

ggd---柵漏電導

gds---漏源電導

K---失調(diào)電壓溫度系數(shù)

Ku---傳輸系數(shù)

L---負載電感（外電路參數(shù)）

LD---漏極電感

Ls---源極電感

rDS---漏源電阻

rDS(on)---漏源通態(tài)電阻

rDS(of)---漏源斷態(tài)電阻

rGD---柵漏電阻

rGS---柵源電阻

Rg---柵極外接電阻（外電路參數(shù)）

RL---負載電阻（外電路參數(shù)）

R(th)jc---結殼熱阻

R(th)ja---結環(huán)熱阻

PD---漏極耗散功率

PDM---漏極最大允許耗散功率

PIN--輸入功率

POUT---輸出功率

PPK---脈沖功率峰值（外電路參數(shù)）

Tj---結溫

Tjm---最大允許結溫

Ta---環(huán)境溫度

Tc---管殼溫度

Tstg---貯成溫度

VGSF--正向柵源電壓（直流）

VGSR---反向柵源電壓（直流）

VDD---漏極（直流）電源電壓（外電路參數(shù)）

VGG---柵極（直流）電源電壓（外電路參數(shù)）

Vss---源極（直流）電源電壓（外電路參數(shù)）

V（BR）GSS---漏源短路時柵源擊穿電壓

VDS(on)---漏源通態(tài)電壓

VDS(sat)---漏源飽和電壓

VGD---柵漏電壓（直流）

Vsu---源襯底電壓（直流）

VDu---漏襯底電壓（直流）

VGu---柵襯底電壓（直流）

Zo---驅動源內(nèi)阻

η---漏極效率（射頻功率管）

Vn---噪聲電壓

aID---漏極電流溫度系數(shù)

ards---漏源電阻溫度系數(shù)

1 極限參數(shù):

ID :最大漏源電流.是指場效應管正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流.場效應管的工作電流不應超過 ID .此參數(shù)會隨結溫度的上升而有所減額.

IDM:最大脈沖漏源電流.體現(xiàn)一個抗沖擊能力，跟脈沖時間也有關系，此參數(shù)會隨結溫度的上升而有所減額.

PD:最大耗散功率.是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率.使用時,場效應管實際功耗應小于PDSM 并留有一定余量.此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所減額.（此參數(shù)靠不?。?

VGS :最大柵源電壓.，一般為：-20V~+20V

Tj :最大工作結溫.通常為 150 ℃或 175 ℃ ,器件設計的工作條件下須確應避免超過這個溫度,并留有一定裕量. （此參數(shù)靠不?。?

TSTG :存儲溫度范圍.

2 靜態(tài)參數(shù)

V(BR)DSS :漏源擊穿電壓.是指柵源電壓 VGS 為 0 時,場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓.這是一項極限參數(shù),加在場效應管上的工作電壓必須小于V(BR)DSS . 它具有正溫度特性.故應以此參數(shù)在低溫條件下的值作為安全考慮. 加負壓更好。

△V(BR)DSS/ △ Tj :漏源擊穿電壓的溫度系數(shù),一般為0.1V/ ℃.

RDS(on) :在特定的 VGS (一般為 10V )、結溫及漏極電流的條件下, MOSFET 導通時漏源間的最大阻抗.它是一個非常重要的參數(shù),決定了MOSFET 導通時的消耗功率.此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所增大（正溫度特性）. 故應以此參數(shù)在最高工作結溫條件下的值作為損耗及壓降計算.

VGS(th) :開啟電壓(閥值電壓).當外加柵極控制電壓 VGS超過VGS(th) 時,漏區(qū)和源區(qū)的表面反型層形成了連接的溝道.應用中,常將漏極短接條件下 ID 等于毫安時的柵極電壓稱為開啟電壓.此參數(shù)一般會隨結溫度的上升而有所降低.

IDSS :飽和漏源電流,柵極電壓 VGS=0 、 VDS 為一定值時的漏源電流.一般在微安級.

IGSS :柵源驅動電流或反向電流.由于 MOSFET 輸入阻抗很大,IGSS 一般在納安級.

3 動態(tài)參數(shù)

gfs :跨導.是指漏極輸出電流的變化量與柵源電壓變化量之比,是柵源電壓對漏極電流控制能力大小的量度. gfs 與 VGS 的轉移關系圖如下圖所示.

Qg :柵極總充電電量.MOSFET 是電壓型驅動器件,驅動的過程就是柵極電壓的建立過程,這是通過對柵源及柵漏之間的電容充電來實現(xiàn)的,下面將有此方面的詳細論述.

Qgs:柵源充電電量.

Qgd :柵漏充電(考慮到 Miller 效應)電量.

Td(on) :導通延遲時間.從有輸入電壓上升到 10% 開始到 VDS 下降到其幅值90%的時間.

Tr :上升時間.輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時間.

Td(off) :關斷延遲時間.輸入電壓下降到 90% 開始到 VDS 上升到其關斷電壓時 10% 的時間.

Tf :下降時間.輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時間.

Ciss:輸入電容 Ciss= CGD + CGS ( CDS 短路).

Coss:輸出電容 Coss = CDS +CGD .

Crss:反向傳輸電容 Crss = CGD .

19.

驅動電壓Vod=Vgs-Vth。可以理解為：超過驅動門限（Vth）的剩余電壓大小。

1）只有在你的過驅動電壓“大于零”的情況下，溝道才會形成，MOS管才會工作。也就是說，能夠使用過驅動電壓來判斷晶體管是否導通。

2）溝道電荷多少直接與過驅動電壓二次方成正比。也就是說，能夠使用過驅動電壓來計算飽和區(qū)的電流。

3）如果能夠更加深入理解的話，可以領悟到過驅動電壓不單單適用于指代Vgs，也適用于指代Vgd。即

Vod1=Vgs-Vth；

Vod2=Vds-Vth；

如果兩種Vod都大于零，說明晶體管溝道全開，也就是處于線性區(qū)。只有一種Vod大于零，說明晶體管溝道半開（在DS任意一端沒打開有夾斷），也就是處于飽和區(qū)。

第一種:

可以使用如下公式估算：

Ig=Qg/Ton

其中：

Ton=t3-t0≈td(on)+tr

td(on)：MOS導通延遲時間，從有駛入電壓上升到10%開始到VDS下降到其幅值90%的時間。

Tr：上升時間。輸出電壓VDS從90%下降到其幅值10%的時間

Qg=（CEI）(VGS)或Qg=Qgs+Qgd+Qod （可在datasheet中找到）

第二種：（第一種的變形）

密勒效應時間（開關時間）Ton/off=Qgd/Ig；

Ig=[Vb-Vgs(th)]/Rg；

Ig：MOS柵極驅動電流；Vb：穩(wěn)態(tài)柵極驅動電壓；

20.MOS管跨導主要作用

金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管（field-effecttransistor）。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為“N型”與“P型”的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡稱尚包括NMOS、PMOS等。

（1）用測電阻法判別結型場效應管的電極

根據(jù)場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結型場效應管的三個電極。具體方法：將萬用表撥在R×1k檔上，任選兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時，則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極Ｇ。也可以將萬用表的黑表筆（紅表筆也行）任意接觸一個電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極，測其電阻值。當出現(xiàn)兩次測得的電阻值近似相等時，則黑表筆所接觸的電極為柵極，其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大，說明是PN結的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應管，且黑表筆接的是柵極；若兩次測出的電阻值均很小，說明是正向PN結，即是正向電阻，判定為P溝道場效應管，黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況，可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進行測試，直到判別出柵極為止。

（2）用測電阻法判別場效應管的好壞

測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法：首先將萬用表置于Ｒ×10或Ｒ×100檔，測量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍（在手冊中可知，各種不同型號的管，其電阻值是各不相同的），如果測得阻值大于正常值，可能是由于內(nèi)部接觸不良；如果測得阻值是無窮大，可能是內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于R×10ｋ檔，再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當測得其各項電阻值均為無窮大，則說明管是正常的；若測得上述各阻值太小或為通路，則說明管是壞的。要注意，若兩個柵極在管內(nèi)斷極，可用元件代換法進行檢測。

（3）用感應信號輸人法估測場效應管的放大能力

具體方法：用萬用表電阻的R×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，給場效應管加上1.5Ｖ的電源電壓，此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場效應管的柵極G，將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣，由于管的放大作用，漏源電壓VDS和漏極電流Iｂ都要發(fā)生變化，也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化，由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極表針擺動較小，說明管的放大能力較差；表針擺動較大，表明管的放大能力大；若表針不動，說明管是壞的。

根據(jù)上述方法，用萬用表的R×100檔，測結型場效應管3DJ2F。先將管的Ｇ極開路，測得漏源電阻RDS為600Ω，用手捏住G極后，表針向左擺動，指示的電阻RDS為12kΩ，表針擺動的幅度較大，說明該管是好的，并有較大的放大能力。

運用這種方法時要說明幾點：首先，在測試場效應管用手捏住柵極時，萬用表針可能向右擺動（電阻值減小），也可能向左擺動（電阻值增加）。這是由于人體感應的交流電壓較高，而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同（或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū)）所致，試驗表明，多數(shù)管的RDS增大，即表針向左擺動；少數(shù)管的RDS減小，使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何，只要表針擺動幅度較大，就說明管有較大的放大能力。第二，此方法對MOS場效應管也適用。但要注意，MOS場效應管的輸人電阻高，柵極G允許的感應電壓不應過高，所以不要直接用手去捏柵極，必須用于握螺絲刀的絕緣柄，用金屬桿去碰觸柵極，以防止人體感應電荷直接加到柵極，引起柵極擊穿。第三，每次測量完畢，應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷，建立起VGS電壓，造成再進行測量時表針可能不動，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。

（4）用測電阻法判別無標志的場效應管

場效應管的工作原理

首先用測量電阻的方法找出兩個有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D，余下兩個腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來，對調(diào)表筆再測量一次，把其測得電阻值記下來，兩次測得阻值較大的一次，黑表筆所接的電極為漏極D；紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D極，還可以用估測其管的放大能力的方法進行驗證，即放大能力大的黑表筆所接的是D極；紅表筆所接地是8極，兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后，按D、S的對應位置裝人電路，一般G1、G2也會依次對準位置，這就確定了兩個柵極G1、G2的位置，從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。

（5）用測反向電阻值的變化判斷跨導的大小

對VMOSV溝道增強型場效應管測量跨導性能時，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D，這就相當于在源、漏極之間加了一個反向電壓。此時柵極是開路的，管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔，此時表內(nèi)電壓較高。當用手接觸柵極G時，會發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化，其變化越大，說明管的跨導值越高；如果被測管的跨導很小，用此法測時，反向阻值變化不大。

21.耗盡型MOS管

據(jù)導電方式的不同，MOSFET又分增強型、耗盡型。耗盡型是指，當VGS=0時即形成溝道，加上正確的VGS時，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉向截止。

當UDS>0時，將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。如果使UGS<0，則它將削弱正離子所形成的電場，使N溝道變窄，從而使ID減小。當UGS更負，達到某一數(shù)值時溝道消失，ID=0。使ID=0的UGS我們也稱為夾斷電壓，仍用UP表示。UGS

耗盡型MOS場效應管，是在制造過程中，預先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子，因此，在UGS=0時，這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應”出足夠的電子，形成N型導電溝道。

N溝道耗盡型MOSFET的結構與增強型MOSFET結構類似，只有一點不同，就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時，溝道已經(jīng)存在。該N溝道是在制造過程中應用離子注入法預先在襯底的表面，在D、S之間制造的，稱之為初始溝道。N溝道耗盡型MOSFET的結構和符號如圖1.（a）所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當VGS＝0時，這些正離子已經(jīng)感應出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當VGS＞0時，將使ID進一步增加。VGS＜0時，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID＝0。對應ID＝0的VGS稱為夾斷電壓，用符號VGS(off)表示，有時也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉移特性.

N溝道耗盡型MOS管和N溝道M1F60-6063增強型MOS管的結構基本相同。差別在于耗盡型MOS管的Si02絕緣層中摻有大量的正離子Na+或K+（制造P溝道耗盡型MOS管時摻人負離子），故在UCs=0時，這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏極一源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道（稱為初始溝道），只要加上正向電壓UDS，就有電流。如果加上正的UCs，柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小。增大。反之UCs為負時，溝道中感應的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大。減少。當UCS負向增加到某一數(shù)值時，導電溝道消失。趨于零，管子截止，故稱為耗盡型。

N溝道耗盡型MOS管和N溝道增強型MOS管的結構基本相同。差別在于耗盡型MOS管的Si02絕緣層中摻有大量的正離子Na+或K+（制造P溝道耗盡型MOS管時摻人負離子），故在UCs=0時，這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏極一源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道（稱為初始溝道），只要加上正向電壓UDS，就有電流。如果加上正的UCs，柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的.

22.mos管驅動電路的作用

MOS又分為兩種，一種為耗盡型（DepletionMOS），另一種為增強型（EnhancementMOS）。這兩種型態(tài)的結構沒有太大的差異，只是耗盡型MOS一開始在Drain-Source的通道上就有載子，所以即使在VGS為零的情況下，耗盡型MOS仍可以導通的。而增強型MOS則必須在其VGS大於某一特定值才能導通。

MOS管，即在集成電路中絕緣性場效應管。MOS英文全稱為金屬-氧化物-半導體，描述了集成電路中的結構，即：在一定結構的半導體器件上，加上二氧化硅和金屬，形成柵極。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。

MOS管可以用作可變電阻也可應用于放大。由于場效應管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。且場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。場效應管可以方便地用作恒流源也可以用作電子開關。

有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。以下特點:開關速度快、高頻率性能好，輸入阻抗高、驅動功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、無二次擊穿問題、全工作區(qū)寬、工作線性度高等等，其最重要的優(yōu)點就是能夠減少體積大小與重量，提供給設計者一種高速度、高功率、高電壓、與高增益的元件。在各類中小功率開關電路中應用極為廣泛。

23.MOS管驅動電路的作用

開關穩(wěn)壓電源(以下簡稱開關電源)問世后，在很多領域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術的發(fā)展，PWM開關電源問世，它的特點是用20kHz的載波進行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達65%"70%，而線性電源的效率只有30％"40％。因此，用工作頻率為20kHz的PWM開關電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關注，在電源技術發(fā)展史上被譽為20kHz革命。隨著超大規(guī)模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關電源以及用電池的便攜式電子設備(如手提計算機、移動電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進了開關電源的不斷發(fā)展和進步。

開關電源的三個重要發(fā)展階段開關電源經(jīng)歷了三個重要發(fā)展階段。 第一個階段是功率半導體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GT0)發(fā)展為MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導通損耗，電路也更為簡單。 第二個階段自20世紀80年代開始，高頻化和軟開關技術的研究開發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關技術是過去20年國際電力電子界研究的熱點之一。 第三個階段從20世紀90年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊(IPEM)技術開始發(fā)展，它是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。

1.開關電源功率密度 提高開關電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷追求的目標。這對便攜式電子設備(如移動電話，數(shù)字相機等)尤為重要。使開關電源小型化的具體辦法有以下幾種。

一是高頻化。為了實現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM變換器的工作頻率、從而減小電路中儲能元件的體積重量。 二是應用壓電變壓器。應用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動”變換和“振動-電壓”變換的性質傳送能量，其等效電路如同一個串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領域的研究熱點之一。 三是采用新型電容器。為了減小電力電子設備的體積和重量，須設法改進電容器的性能，提高能量密度，并研究開發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器，要求電容量大、等效串聯(lián)電阻(ESR)小、體積小等。

2. 功率半導體器件性能 MOS管，它采用“超級結”(Super-Junction)結構，故又稱超結功率MOSFET。工作電壓600"800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個數(shù)量級，仍保持開關速度快的特點，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導體器件。 碳化硅(SiC)是功率半導體器件晶片的理想材料，其優(yōu)點是禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導熱性能好、漏電流極小、PN結耐壓高等，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導體器件。 可以預見，碳化硅將是21世紀最可能成功應用的新型功率半導體器件材料。

3. 電磁兼容性 高頻開關電源的電磁兼容(EMC)問題有其特殊性。功率半導體器件在開關過程中所產(chǎn)生的di／dt和dv／dt，將引起強大的傳導電磁干擾和諧波干擾，以及強電磁場(通常是近場)輻射。不但嚴重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。同時，電力電子電路(如開關變換器)內(nèi)部的控制電路也必須能承受開關動作產(chǎn)生的EMI及應用現(xiàn)場電磁噪聲的干擾。上述特殊性，再加上EMI測量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領域里，存在著許多交叉學科的前沿課題有待人們研究。國內(nèi)外許多大學均開展了電力電子電路的電磁干擾和電磁兼容性問題的研究，并取得了不少可喜成果。

4.高頻磁性元件 電源系統(tǒng)中應用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結構和性能都不同于工頻磁元件，有許多問題需要研究。對高頻磁元件所用的磁性材料，要求其損耗小、散熱性能好、磁性能優(yōu)越。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注，納米結晶軟磁材料也已開發(fā)應用。

5.全數(shù)字化控制 電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設備中得到應用。 全數(shù)字控制的優(yōu)點是數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標定更小的量，芯片價格也更低廉；對電流檢測誤差可以進行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確；可以實現(xiàn)快速，靈活的控制設計。 近兩年來，高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。

6. 系統(tǒng)集成技術 電源設備的制造特點是非標準件多、勞動強度大、設計周期長、成本高、可靠性低等，而用戶要求制造廠生產(chǎn)的電源產(chǎn)品更加實用、可靠性更高、更輕小、成本更低。這些情況使電源制造廠家承受巨大壓力，迫切需要開展集成電源模塊的研究開發(fā)，使電源產(chǎn)品的標準化、模塊化、可制造性、規(guī)模生產(chǎn)、降低成本等目標得以實現(xiàn)。 實際上，在電源集成技術的發(fā)展進程中，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導體器件模塊化，功率與控制電路的集成化，集成無源元件(包括磁集成技術)等發(fā)展階段。近年來的發(fā)展方向是將小功率電源系統(tǒng)集成在一個芯片上，可以使電源產(chǎn)品更為緊湊，體積更小，也減小了引線長度，從而減小了寄生參數(shù)。在此基礎上，可以實現(xiàn)一體化，所有元器件連同控制保護集成在一個模塊中。 上世紀90年代，隨著大規(guī)模分布電源系統(tǒng)的發(fā)展，一體化的設計觀念被推廣到更大容量、更高電壓的電源系統(tǒng)集成，提高了集成度，出現(xiàn)了集成電力電子模塊(IPEM)。IPEM將功率器件與電路、控制以及檢測、執(zhí)行等單元集成封裝，得到標準的，可制造的模塊，既可用于標準設計，也可用于專用、特殊設計。優(yōu)點是可快速高效為用戶提供產(chǎn)品，顯著降低成本，提高可靠性。

7.功率因數(shù)校正(PFC)變換器由于AC／DC變換電路的輸入端有整流器件和濾波電容，在正弦電壓輸入時，單相整流電源供電的電子設備，電網(wǎng)側(交流輸入端)功率因數(shù)僅為0.6-0.65。采用功率因數(shù)校正(PFC)變換器，網(wǎng)側功率因數(shù)可提高到0.95"0.99，輸入電流THD<10％。既治理了對電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。這一技術稱為有源功率因數(shù)校正(APFC)，單相APFC國內(nèi)外開發(fā)較早，技術已較成熟；三相APFC的拓撲類型和控制策略雖然已經(jīng)有很多種，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。 一般高功率因數(shù)AC／DC開關電源，由兩級拓撲組成，對于小功率AC／DC開關電源來說，采用兩級拓撲結構總體效率低、成本高。如果對輸入端功率因數(shù)要求不特別高時，將PFC變換器和后級DC／DC變換器組合成一個拓撲，構成單級高功率因數(shù)AC／DC開關電源，只用一個主開關管，可使功率因數(shù)校正到0.8以上，并使輸出直流電壓可調(diào)，這種拓撲結構稱為單管單級PFC變換器。

24.MOS管分類

通信手持設備光源的應用主要體現(xiàn)在鍵盤燈、液晶屏幕背光和特殊照明三個方面，主要的發(fā)光器件是半導體發(fā)光二極管(LED)，驅動芯片設計技術有低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、可調(diào)節(jié)(Regulator)穩(wěn)壓電源、電荷泵(Charge Pump)電源和超級電容(Super Capacitor)電源等不同形式。

半導體發(fā)光二極管(LED)是具有體積小、省電、長壽命和可靠性高的特點，被廣泛應用在通信手持設備中的屏幕顯示和信息傳遞提示。目前，LED正向高亮度、全彩色化、高性能、低成本的方面發(fā)展。

在設備中的屏幕背光是一個不可或缺的功能，由于屏幕本身有黑白屏幕和彩色屏幕之分，所以對光源的要求也不盡相同。用于黑白屏的LED完全可以和鍵盤燈擁有相同的電源驅動和顏色，但是對尺寸稍大的黑白屏幕而言，采用高亮度的LED從側面給與光源，就會在屏幕上出現(xiàn)嚴重的光分布不均勻現(xiàn)象，因此人們又開發(fā)出了“電場致發(fā)光”(EL：ElectroLuminescence)背光，它的原理主要是通過在透明的有機底板或線形構造物體面涂上發(fā)光材料，兩極接上交流電壓而產(chǎn)生交流電場，當達到一定的臨界值，被電場激發(fā)的電子碰撞發(fā)光層，導致電子能極的跳躍、變化、復合而發(fā)射出高效率冷光的一種物理現(xiàn)象。在實際應用中發(fā)現(xiàn)，EL發(fā)光柔和、均勻、不發(fā)熱、耗電省，且厚度薄、重量輕、攜帶方便，但是價格昂貴。

在光源的三大模塊中，鍵盤燈的應用方式相對固定，通常會使用4～10個LED，均用串聯(lián)電阻的方式來限流，總體耗電相對較少。隨著工作電壓的不同，LED在顏色方面也經(jīng)歷幾種變化，最早期LED發(fā)出的是黃綠色背光，芯片的驅動電壓一般2.5V左右，而且黃綠色LED的GaP:N(LED的摻氮外延晶片)晶片的發(fā)光效率最高，發(fā)光帶主峰在黃綠色591nm相對應的高強度。后來又出現(xiàn)了具有量子阱結構的高亮度InGaN產(chǎn)品，使LED可以發(fā)出綠色、藍色、紅色和紫色粉紅等混合色，這也就是所謂“炫彩”手機所采用的光源。這類LED的驅動電壓要高一些，通常在3.8～4.1V之間，如果LED的數(shù)量相同，這些顏色燈比黃綠色燈的功耗要高一些?，F(xiàn)在大多數(shù)的鍵盤燈都采用高亮度的白色LED，也有些出于成本的考慮使用較便宜的黃綠色LED。

當LCD出現(xiàn)彩色屏幕以后，對光源主要需求是白光，這是由彩色LCD屏幕的光學結構決定的，原因是要形成最終看到的圖像必須借助偏光片使白光均勻分布并定向發(fā)射以后，再通過可以形成彩色圖案的液晶膠片，如果是其他顏色的光就無法讓具有RGB單元的液晶膠片準確顯示圖形的顏色。所需要的LED數(shù)量視屏幕大小和亮度要求而定，一般是4～8個，而且為了獲得比較一致和均勻的光輸出效果，這些白光LED常用串聯(lián)方式連接，因此就必須提供能使它們一起工作在足夠亮度電流的驅動電壓。

特殊照明需求主要包括：多彩LED指示燈、手電筒功能和拍照閃光燈。

手電筒和拍照閃光燈是目前有百萬以上像素照相機的手機所帶有的新功能，由白光LED提供強光源，而且隨著手機內(nèi)部存儲容量(SD卡、T-Flash卡等)的不斷擴大和與PC的數(shù)據(jù)共享，以及網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)傳輸MMS的流行(EGPRS/3G)，用戶對所拍攝照片質量的期望越來越高，要求能在光線比較暗的地方能提供閃光燈。手電筒功能事實上是拍照閃光燈的附屬功能，可以與拍照閃光燈共享硬件資源。最早出現(xiàn)的拍照閃光燈算不上真正的閃光燈，因為在使用時需要軟件預先打開燈光，沒有可供同步拍照過程的編程接口；其次，它的LED大約200mA工作電流所產(chǎn)生的亮度很低，且僅在半米范圍內(nèi)起著有限的作用，也就是說手電筒功能是閃光燈連續(xù)工作在小電流模式的狀況。同理，LCD背光和鍵盤背光均可以被納入到一個整體的應用方案中來得到解決。

多彩LED指示燈是介于彩色屏幕出現(xiàn)以后和手機相機出現(xiàn)之前這段時間的過渡產(chǎn)品。它主要是通過控制R、G、B三個不同的LED芯片的發(fā)光時間長短，來混合產(chǎn)生不同的光學效果。但它用在手持設備中很失敗，主要是因為如果為了達到“炫彩”的效果，一旦讓多彩LED指示燈工作起來，系統(tǒng)就無法進入深度睡眠狀態(tài)，這對系統(tǒng)的軟硬件資源消耗也很大，加上LED的功耗較大，造成待機時間短而顯得得不償失。

所以，只要有大功率、高亮度的光源驅動就能完全解決手持設備的光源需求

25.MOS管驅動電路的作用

電源技術是一種應用功率半導體器件，綜合電力變換技術、現(xiàn)代電子技術、自動控制技術的多學科的邊緣交叉技術。隨著科學技術的發(fā)展，電源技術又與現(xiàn)代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關。目前電源技術已逐步發(fā)展成為一門多學科互相滲透的綜合性技術學科。它對現(xiàn)代通訊、電子儀器、計算化、工業(yè)自動化、電力工程、國防及某些高新技術提供高質量、高效率、高可靠性的電源起著關鍵的作用。

6、電源設備的標準規(guī)范

電源設備要進入市場，今天的市場已是超越局域融費全球的一體化市場，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準則，電源設備要接受安全、 EMC、環(huán)境、質量體系等多種標準規(guī)范的論證。

3、新器件、新材料的支撐

晶閘管(SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、功率場效應晶體管(MOSFET)、智能ICBT(IPM)、MOS柵控晶閘管(MCT)、靜電感應晶體管(SIT)、超快恢復二極管、無感電容器、無感電阻器、新型鐵氧體、非晶和微晶軟磁合金、納米晶軟磁合金等元器件，裝備廠現(xiàn)代電源技術、促進電源產(chǎn)品升級換代。并正在研究開發(fā)砷化鎵(GaAs)、半導體金剛石、碳化硅(SiC)半導體材料。

1、高頻變換是電源技術發(fā)展的主流

電源技術的精髓是電能變換。利用電能變換技術，將市電或電池等一次電源變換成適合各種用電對象的二次電源。開關電源在電源技術中占有重要地位，從20kHz發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關頻率達兆赫茲的高頻開關電源，為高頻變換提供了物質基礎，促進了電源技術的發(fā)展。高頻化帶來的最直接的好處是降低原材料消耗，電源裝置小型化，提高功率密度，加快系統(tǒng)的功態(tài)響應，進一步提高電源裝置的效率，有效抑制環(huán)境噪聲污染，并使電源進入更廣泛的領域，特別是高新技術領域，進一步擴展了它的應用范圍。

5、電源電路的模塊化、集成化

單片電源和模塊電源取代整機電源，功率集成技術簡化了電源的結構，已經(jīng)在通訊、電力獲得廣泛應用，并且派生出新的供電體制――分布式供電，使集中供電單一體制走向多元化。電路集成的進一步發(fā)展是做系統(tǒng)集成，將信息傳輸、控制與功率半導體器件全部集成在一起，增加了可靠性。

4、控制的智能化

控制電路、驅動電路、保護電路采用集成組件。數(shù)字信號處理器DSP的采用，實現(xiàn)控制全數(shù)字化?？刂剖侄斡梦⑻幚砥骱蛦纹瑱C組成的軟件控制方式，達到了較高的智能化程度，并且進一步提高電源裝置的可靠性。

2、新理論、新技術的指導

單管降壓、升壓電路、諧振變換、移相諧振、軟開關PWM、零過渡PWM等電路拓撲理論；計算機輔助設計(CAD)、功率因數(shù)校正、有源箍位、并聯(lián)均流、同步整流、高頻磁放大器、高速編程、  遙感遙控、微機監(jiān)控等新技術，指導廠電源技術的發(fā)展。

三、電源管理應用

電源管理集成電路包括很多種類別，大致又分成電壓調(diào)整和接口電路兩方面。電壓凋整器包含線性低壓降穩(wěn)壓器(即LOD)，以及正、負輸出系列電路，此外不有脈寬調(diào)制(PWM)型的開關型電路等。因技術進步，集成電路芯片內(nèi)數(shù)字電路的物理尺寸越來越小，因而工作電源向低電壓發(fā)展，一系列新型電壓調(diào)整器應運而生。電源管理用接口電路主要有接口驅動器、功率場效應晶體管(MOSFET)驅動器以及高電壓/大電流的顯示驅動器等等。

電源管理分立式半導體器件則包括一些傳統(tǒng)的功率半導體器件，可將它分為兩大類，一類包含整流器和晶閘管；另一類是三極管型，包含功率雙極性晶體管，含有MOS結構的功率場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。在某種程度上來說，正是因為電源管理IC的大量發(fā)展，功率半導體才改稱為電源管理半導體。也正是因為這么多的集成電路IC進入電源領域，人們才更多地以電源管理來稱呼現(xiàn)階段的電源技術。

2、電源管理IC分類

電源管理半導體本中的主導部分是電源管理IC，大致可歸納為下述8種。

2.1、AC/DC調(diào)制IC。內(nèi)含低電壓控制電路及高壓開關晶體管。

2.2、 DC/DC調(diào)制IC。包括升壓/降壓調(diào)節(jié)器，以及電荷泵。

2.3、功率因數(shù)控制PFC預調(diào)制 IC。提供具有功率因數(shù)校正功能的電源輸入電路。

2.4、脈沖調(diào)制或脈幅調(diào)制PWM/ PFM控制IC。為脈沖頻率調(diào)制和/或脈沖寬度調(diào)制控制器，用于驅動外部開關。

2.5、線性調(diào)制IC(如線性低壓降穩(wěn)壓器LDO等)。包括正向和負向調(diào)節(jié)器，以及低壓降LDO調(diào)制管。

2.6、電池充電和管理IC。包括電池充電、保護及電量顯示IC，以及可進行電池數(shù)據(jù)通訊“智能”電池 IC。

2.7、 熱插板控制IC(免除從工作系統(tǒng)中插入或拔除另一接口的影響)。

2.8、MOSFET或IGBT的驅動 IC。

在這些電源管理IC中，電壓調(diào)節(jié)IC是發(fā)展最快、產(chǎn)量最大的一部分。各種電源管理IC基本上和一些相關的應用相聯(lián)系，所以針對不同應用，還可以列出更多類型的器件。

3、電源管理的技術趨勢

電源管理的技術趨勢是高效能、低功耗、智能化。

提高效能涉及兩個不同方面的內(nèi)容：一方面想要保持能量轉換的綜合效率，同時還希望減小設備的尺寸；另一方面是保護尺寸不變，大幅度提高效能。

在交流/直流(AC/DC)變換中，低的通態(tài)電阻，符合計算機和電信應用中更加高效適配器和電源的需要。在電源電路設計方面，一般待機能耗已經(jīng)降到1W以下，并可將電源效率提高至90%以上。要進一步降低現(xiàn)有待機能耗，則需要有新的IC制造工藝技術及在低功耗電路設計方面的突破。

越來越多的系統(tǒng)會需要多輸出穩(wěn)壓器。例如帶多輸出和電源通路控制的鋰離子充電電池，多輸出 DC/DC轉換器和具有動態(tài)可調(diào)輸出電壓的開關穩(wěn)壓器等。

電源管理IC的智能化，包括從電源控制到電量監(jiān)測與電池管理。

4、電源管理IC應用領域     電源管理IC應用在便攜式產(chǎn)品(手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、MP3播放器、移動硬盤等)、數(shù)字消費類電子產(chǎn)品(高清晰度電視機、LCD電視機和面板、DVD播放機)、計算機、通信網(wǎng)絡設備、工業(yè)設備和汽車電子。其中消費類電子產(chǎn)品是電源管理芯片的最大應用領域。

四、結論   當代許多高新技術均與電網(wǎng)的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本參數(shù)的變換與控制相關。電源技術能夠實現(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，特別是能夠實現(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項高新技術的發(fā)展提供了有力的支持。電源集成電路的發(fā)展，把電源技術推向了電源管理的新時代。電源技術及其產(chǎn)業(yè)的進―步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來深遠的影響。

26.MOS電路

半導體材料

一、半導體材料

半導體單晶

1.硅單晶

2.鍺單晶

3.化合物單晶

半導體片材

1、其他半導體片材

2、半導體外延片

3、半導體拋光片

半導體封裝材料

7、封裝用模塑料粉及輔料

2、鍵合用硅鋁絲

3、封裝用金屬管殼

6、集成電路塑封引線框架及金屬帶材

8、其他半導體封裝材料

1、鍵合用金絲

4、封裝用陶瓷外殼

5、分立器件塑封引線框架及金屬帶材l料

電子元件材料

一、電子元件材料

（六）電解二氧化錳粉

（四）電子光學玻璃

（二）紙基敷銅板

（一）紙絕緣板

（七）電容器用鋁箔材料

（五）專用鋼絲

（三）玻璃布基敷銅板

電源電路

1、普通穩(wěn)壓電路

2、開關電源控制電路

3、DC-DC變換器

4、其他電源電路

（六）專用電路

其中:大規(guī)模專用電路

電視機電路

1.黑白電視機電路

2.彩色電視機電路

3、電子鐘表電路

4、電子玩具電路

5、馬達穩(wěn)速電路

6、遙控器發(fā)射/接收電路

7、家用電器專用電路

8、顯示驅動電路

9、計算器電路

大規(guī)模接口電路

1、轉換電路（A/D、D/A、V/F、F/V等）

2、驅動電路

（二）其他器件

1、半導體制冷器件

2、其他器件

四、電力半導體器件（5A以上）

（一）整流二極管

（二）普通晶閘管

（三）雙向晶閘管

（四）快速晶閘管

（五）高頻晶閘管

（六）巨型晶體管（GTR）

（七）可關斷晶閘管（GTO）

（八）晶閘管模塊

（九）絕緣柵雙極晶體管（ZGBT）

（十）功率MOS場效應管

（十一）固態(tài)繼電器模塊

（十二）靜電感應器件（SIT）

（十三）其他電力半導體器件

集成電路

一、集成電路

其中:大規(guī)模集成電路

（一）雙極數(shù)字電路

1、TTL電路

（1）SLTTL電路

（2）其他TTL電路

2、ECL電路

3、門陣列電路

4、其他雙極數(shù)字電路

（二）MOS數(shù)字電路

其中:大規(guī)模MOS數(shù)字電路

1、CMOS電路

2、NMOS電路

3、BICMOS電路

4、門陣列電路

27.

高頻開關電源工作原理概述

高頻開關電源的工作原理是功率變換。

當開關S閉合時，電流流過電感L，在負載RL兩端產(chǎn)生輸出電壓。由于輸入電壓的極性關系，二級管VD1處于反向配置，此時L儲存能量。當開關S打開時，電感L的磁場極性發(fā)生變化，儲存在L中的能量通過負載RL釋放，二極管VD1正向導通，負載兩端的電壓極性仍保持不變。二級管VD1因其在電路中的作用而被稱為續(xù)流二極管

當開關S閉合時，輸入回路有電流輸入，而當開關打開時，則電流突然終止。但由于電感L和續(xù)流二級管VD1的作用，輸出電流是連續(xù)的。電感L和電容C同時還起到濾波的作用，從而使RL上的電壓更加平滑。

在實際應用中，起到開關使用的是開關晶體管。同時在圖—1的電路中，輸入和輸出回路之間缺少安全隔離措施，因而一般采用高頻變壓器作為隔離器件　。

VT1是一開關晶體管，其基極用一方波S1控制。S1為高電平時，VT1導通，在變壓器T的初級產(chǎn)生電源，并儲存了能量。由于變壓器的次級與初級同相，所有數(shù)量也傳遞到了變壓器次級。電流流過正向偏置的二級管VD2和電感L，能量傳遞給負載RL，同時電感L中儲存了能力。此時二極管VD1處于反向偏置。

當S1為低電平時，VT1截止，變壓器T繞組中的電壓反向，二極管VD2截止，續(xù)流二極管VD1導通，存儲在電感L中的能量繼續(xù)傳遞給負載RL。

顯然，輸出電壓VRL=V2×Ton/T＝V2×X　　其中X＝Ton/T為占空比；Ton為VT1的導通時間，改變脈沖占空比δ，即可改變輸出電壓(或電流)。

由此可以看出，開關電源是一種功率轉換裝置　。

以上簡單介紹了高頻開關電源的工作原理、讀者不難看出它是集功率轉移技術與脈寬調(diào)制技術于“—體的高技術產(chǎn)物，是當代電力電子學理論發(fā)展的最新體現(xiàn)。一經(jīng)問世，即受到廣泛關注并得到空前迅速的發(fā)展。在國際上，高頻開關電源已在直流電源領域無可爭議地居于首要地位。在國內(nèi)，以北京浩源電源設備有限公司為代表的HY系列高頻開關電源也異軍突起，以優(yōu)異的性能、可靠的品質和完善的服務與各種國際名牌共舞于市場經(jīng)濟的舞臺。

電網(wǎng)供電經(jīng)EMI濾波后。再經(jīng)硅橋整流和濾波電路濾波，成為直流電。這里，濾波電路只用一個電路C1代表。輔助電源將交流電通過整流濾波后，變成低壓的直流電，并給控制電路供電。功率MOS管V1和V2作為開關元件?？刂齐娐樊a(chǎn)生一固定頻率的脈沖寬度可調(diào)的方波(PWM)。該方波控制V1和V2的導通與關閉。

總結：

高頻開關電源作為新一代產(chǎn)品，已經(jīng)在中小功率方面形成規(guī)模產(chǎn)品，其市場覆蓋率日益擴大。大功率方面，高頻開關電源還受到一定的限制。但這并不意味著高頻開關電源沒有進入大功率范圍的可能，相反，這很可能是它的發(fā)展方向。雖然高頻開關電源單機容量目前還受到器件、材料的限制，但是，隨著電源并聯(lián)技術的提高，電子器件的發(fā)展，多組并聯(lián)的大功率高頻開關電源已不是夢想。在這方面，北京浩源電源設備有限公司做了十分有益的嘗試，據(jù)了解，該公司已經(jīng)可以生產(chǎn)七萬二千瓦的高頻開關電源。隨著科學技術的發(fā)展，單機大的功率高頻開關電源一定會在不遠的將來進入市場，走近我們。

28.MOS管基本知識

MOS管學名是場效應管，是金屬-氧化物-半導體型場效應管，英文：MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor），屬于絕緣柵型。本文就結構構造、特點、實用電路等幾個方面用工程師的話簡單描述。

其結構示意圖：

解釋1：溝道

下面圖中，下邊的p型中間一個窄長條就是溝道，使得左右兩塊P型極連在一起，因此mos管導通后是電阻特性，因此它的一個重要參數(shù)就是導通電阻，選用mos管必須清楚這個參數(shù)是否符合需求。

解釋2：n型

下圖表示的是p型mos管，讀者可以依據(jù)此圖理解n型的，都是反過來即可。因此，不難理解，n型的如圖在柵極加正壓會導致導通，而p型的相反。

解釋3：增強型

相對于耗盡型，增強型是通過“加厚”導電溝道的厚度來導通，如圖。柵極電壓越低，則p型源、漏極的正離子就越靠近中間，n襯底的負離子就越遠離柵極，柵極電壓達到一個值，叫閥值或坎壓時，由p型游離出來的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，容易理解，柵極電壓必須低到一定程度才能導通，電壓越低，通道越厚，導通電阻越小。由于電場的強度與距離平方成正比，因此，電場強到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不明顯了，也是因為n型負離子的“退讓”是越來越難的。耗盡型的是事先做出一個導通層，用柵極來加厚或者減薄來控制源漏的導通。但這種管子一般不生產(chǎn)，在市面基本見不到。所以，大家平時說mos管，就默認是增強型的。

解釋4：左右對稱

圖示左右是對稱的，難免會有人問怎么區(qū)分源極和漏極呢？其實原理上，源極和漏極確實是對稱的，是不區(qū)分的。但在實際應用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個二極管，起保護作用，正是這個二極管決定了源極和漏極，這樣，封裝也就固定了，便于實用。我的老師年輕時用過不帶二極管的mos管。非常容易被靜電擊穿，平時要放在鐵質罐子里，它的源極和漏極就是隨便接。

解釋5：金屬氧化物膜

圖中有指示，這個膜是絕緣的，用來電氣隔離，使得柵極只能形成電場，不能通過直流電，因此是用電壓控制的。在直流電氣上，柵極和源漏極是斷路。不難理解，這個膜越?。弘妶鲎饔迷胶?、坎壓越小、相同柵極電壓時導通能力越強。壞處是：越容易擊穿、工藝制作難度越大而價格越貴。例如導通電阻在歐姆級的，1角人民幣左右買一個，而2402等在十毫歐級的，要2元多（批量買。零售是4元左右）。

解釋6：與實物的區(qū)別

下圖僅僅是原理性的，實際的元件增加了源-漏之間跨接的保護二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預先成為相對負電壓，因此p型的管子，柵極不用加負電壓了，接地就能保證導通。相當于預先形成了不能導通的溝道，嚴格講應該是耗盡型了。好處是明顯的，應用時拋開了負電壓。

解釋7：寄生電容

下圖的柵極通過金屬氧化物與襯底形成一個電容，越是高品質的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達到nF級。這個參數(shù)是mos管選擇時至關重要的參數(shù)之一，必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷，經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關頻率，在這種用途中，柵極信號具有交流特征，頻率越高，交流成分越大，寄生電容就能通過交流電流的形式通過電流，形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視，甚至成為主要問題。為了追求高速，需要強大的柵極驅動，也是這個道理。試想，弱驅動信號瞬間變?yōu)楦唠娖剑菫榱恕肮酀M”寄生電容需要時間，就會產(chǎn)生上升沿變緩，對開關頻率形成重大威脅直至不能工作。

解釋8：如何工作在放大區(qū)

Mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見。做鏡像電流源、運放、反饋控制等，都是利用mos管工作在放大區(qū)，由于mos管的特性，當溝道處于似通非通時，柵極電壓直接影響溝道的導電能力，呈現(xiàn)一定的線性關系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無窮大，當然，隨頻率增加阻抗就越來越小，一定頻率時，就變得不可忽視。這個高阻抗特點被廣泛用于運放，運放分析的虛連、虛斷兩個重要原則就是基于這個特點。這是三極管不可比擬的。

解釋9：發(fā)熱原因

Mos管發(fā)熱，主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟關閉時，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。有電流就有發(fā)熱，并非電場型的就沒有電流。另一個原因是當柵極電壓爬升緩慢時，導通狀態(tài)要“路過”一個由關閉到導通的臨界點，這時，導通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個原因是導通后，溝道有電阻，過主電流，形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點。許多mos管具有結溫過高保護，所謂結溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過此溫度，mos管不可能導通。溫度下降就恢復。要注意這種保護狀態(tài)的后果。

29.MOS原理

場效應晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域寬等優(yōu)點，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。

場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管（JFET）因有兩個PN結而得名，絕緣柵型場效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管，以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。

按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

MOS場效應晶體管在使用時應注意分類，不能隨意互換。MOS場效應晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時應注意以下規(guī)則：

（1）.MOS器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個塑料袋裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝

（2）.取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用器件。

（3）. 焊接用的電烙鐵必須良好接地。

（4）. 在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，再MOS器件焊接完成后在分開。

（5）. MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。

（6）.電路板在裝機之前，要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子，再把電路板接上去。

（7）. MOS場效應晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護二極管。在檢修電路時應注意查證原有的保護二極管是否損壞。

30.MOS管工作詳解

集成電路 設計與制造的主要流程 集成電路設計與制造的主要流程框架 引 言 半導體器件物理基礎：包括PN結的物理機制、雙極管、MOS管的工作原理等 器件 小規(guī)模電路 大規(guī)模電路 超大規(guī)模電路 甚大規(guī)模電路 電路的制備工藝：光刻、刻蝕、氧化、離子注入、擴散、化學氣相淀積、金屬蒸發(fā)或濺射、封裝等工序 集成電路設計：另一重要環(huán)節(jié)，最能反映人的能動性 結合具體的電路，具體的系統(tǒng)，設計出各種各樣的電路 引 言 什么是集成電路？(相對分立器件組成的電路而言) 把組成電路的元件、器件以及相互間的連線放在單個芯片上，整個電路就在這個芯片上，把這個芯片放到管殼中進行封裝，電路與外部的連接靠引腳完成。 什么是集成電路設計？ 根據(jù)電路功能和性能的要求，在正確選擇系統(tǒng)配置、電路形式、器件結構、工藝方案和設計規(guī)則的情況下，盡量減小芯片面積，降低設計成本，縮短設計周期，以保證全局優(yōu)化，設計出滿足要求的集成電路。 設計的基本過程 （舉例） 功能設計 邏輯和電路設計 版圖設計 集成電路設計的最終輸出是掩膜版圖，通過制版和工藝流片可以得到所需的集成電路。 設計與制備之間的接口：版圖 主要內(nèi)容 IC設計特點及設計信息描述 典型設計流程 典型的布圖設計方法及可測性設計技術 設計特點和設計信息描述 設計特點(與分立電路相比) 對設計正確性提出更為嚴格的要求 測試問題 版圖設計：布局布線 分層分級設計(Hierarchical design)和模塊化設計 高度復雜電路系統(tǒng)的要求 什么是分層分級設計？ 將一個復雜的集成電路系統(tǒng)的設計問題分解為復雜性較低的設計級別，這個級別可以再分解到復雜性更低的設計級別；這樣的分解一直繼續(xù)到使最終的設計級別的復雜性足夠低，也就是說，能相當容易地由這一級設計出的單元逐級組織起復雜的系統(tǒng)。一般來說，級別越高，抽象程度越高；級別越低，細節(jié)越具體 從層次和域表示分層分級設計思想 域：行為域：集成電路的功能 結構域：集成電路的

31.LED 燈

LED驅動電源設計并不難，但一定要心中有數(shù)。只要做到調(diào)試前計算，調(diào)試時測量，調(diào)試后老化，相信誰都可以搞好LED。

1、LED電流大小

大家都知道LEDripple過大的話，LED壽命會受到影響，影響有多大，也沒見過哪個專家說過。以前問過LED廠這個數(shù)據(jù)，他們說30%以內(nèi)都可以接受，不過后來沒有經(jīng)過驗證。建議還是盡量控制小點。如果散熱解決的不好的話，LED一定要降額使用。也希望有專家能給個具體指標，要不然影響LED的推廣。

2、芯片發(fā)熱

這主要針對內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅動芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當然會引起芯片的發(fā)熱。驅動芯片的最大電流來自于驅動功率mos管的消耗，簡單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導通時的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f。如果c、v和f不能改變，那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡單一點，就是考慮更好的散熱吧。

3、功率管發(fā)熱

功率管的功耗分成兩部分，開關損耗和導通損耗。要注意，大多數(shù)場合特別是LED市電驅動應用，開關損害要遠大于導通損耗。開關損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅動能力和工作頻率有關，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個方面解決：A、不能片面根據(jù)導通電阻大小來選擇MOS功率管，因為內(nèi)阻越小，cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右，2N60的cgs為350pF左右，5N60的cgs為1200pF左右，差別太大了，選擇功率管時，夠用就可以了。B、剩下的就是頻率和芯片驅動能力了，這里只談頻率的影響。頻率與導通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時，首先要想想是不是頻率選擇的有點高。想辦法降低頻率吧!不過要注意，當頻率降低時，為了得到相同的負載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導致電感進入飽和區(qū)域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM(連續(xù)電流模式)改變成DCM(非連續(xù)電流模式)，這樣就需要增加一個負載電容了。

4、工作頻率降頻

這個也是用戶在調(diào)試過程中比較常見的現(xiàn)象，降頻主要由兩個方面導致。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對于前者，注意不要將負載電壓設置的太高，雖然負載電壓高，效率會高點。對于后者，可以嘗試以下幾個方面：a、將最小電流設置的再小點；b、布線干凈點，特別是sense這個關鍵路徑；c、將電感選擇的小點或者選用閉合磁路的電感；d、加RC低通濾波吧，這個影響有點不好，C的一致性不好，偏差有點大，不過對于照明來說應該夠了。無論如何降頻沒有好處，只有壞處，所以一定要解決。

5、電感或者變壓器的選擇

有些在相同的驅動電路，用a生產(chǎn)的電感沒有問題，用b生產(chǎn)的電感電流就變小了。遇到這種情況，要看看電感電流波形。有的工程師沒有注意到這個現(xiàn)象，直接調(diào)節(jié)sense電阻或者工作頻率達到需要的電流，這樣做可能會嚴重影響LED的使用壽命。所以說，在設計前，合理的計算是必須的，如果理論計算的參數(shù)和調(diào)試參數(shù)差的有點遠，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時，L會變小，導致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升，那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下，只能看著光衰了。

同步整流技術是近幾年研究的熱點，主要應用于低壓大電流領域，其目的是為了解決續(xù)流管的導通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導通電阻較大，應用在大電流場合時，損耗很大。用導通電阻非常小的MOS管代替二極管，可以解決損耗問題，但同時對驅動電路提出了更高的要求。

此外，對Buck電路應用同步整流技術，用MOS管代替二極管后，電路從拓撲上整合了Buck和Boost兩種變換器，為實現(xiàn)雙向DC／DC變換提供了可能。在需要單向升降壓且能量可以雙向流動的場合，很有應用價值，如應用于混合動力電動汽車時，輔以三相可控全橋電路，可以實現(xiàn)蓄電池的充放電。

32.MOS管續(xù)流二極管

同步整流技術是近幾年研究的熱點，主要應用于低壓大電流領域，其目的是為了解決續(xù)流管的導通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導通電阻較大，應用在大電流場合時，損耗很大。用導通電阻非常小的MOS管代替二極管，可以解決損耗問題，但同時對驅動電路提出了更高的要求。

此外，對Buck電路應用同步整流技術，用MOS管代替二極管后，電路從拓撲上整合了Buck和Boost兩種變換器，為實現(xiàn)雙向DC／DC變換提供了可能。在需要單向升降壓且能量可以雙向流動的場合，很有應用價值，如應用于混合動力電動汽車時，輔以三相可控全橋電路，可以實現(xiàn)蓄電池的充放電。

l 工作原理

1 電路拓撲

雙向同步整流電路拓撲如圖1所示。當電路工作于正向Buck時，Sw作為主開關管，當Sw導通時，Sw關斷，電感L儲能；當Sw關斷時，SR導通續(xù)流，電感L釋能給輸出負載供電。當電路工作于反向Boost升壓電路時，SR作為主開關管，當SR導通時，Sw關斷，電感L儲能；當SR關斷時，Sw導通續(xù)流，電感L釋能給輸出負載供電。

2 參數(shù)設計

設置電感L是為了抑制電流脈動，因此其設計依據(jù)是電流紋波要求。電容C1主要是為了在Boost電路Sw關斷時，維持輸出電壓恒定，而電容C2主要是為了抑制Buck輸出電壓脈動，其設計依據(jù)是電壓紋波要求，因此兩個電容的參數(shù)設計并不一致。具體算式如下。

式中：Vg為Buck電路輸入電壓；

Vo為Boost電路輸入電壓；

D為Sw管的占空比：

△Q為對應輸出電壓紋波的電荷增量；

△Vo為Buck電路輸出電壓紋波要求；

△Vg為Boost電路輸出電壓紋波要求；

△lmin為Buck和Boost電路電流紋波要求的較小值；

I為電感電流。

2 驅動電路設計

單向驅動脈沖的要求

雙向直流變換電路的工作原理同傳統(tǒng)的Buck及Boost變換器類似，當主開關管導通時，續(xù)流管關斷，當主開關管關斷時，續(xù)流管導通工作。所以兩管驅動脈動應互補，同時為了防止共通，發(fā)生短路而燒毀器件，必須設置死區(qū)。

雙向恒壓控制的驅動設計

當采用恒壓型控制時，Buck和Boost電路各自的被控電壓隨主開關管的占空比D的變換邏輯剛好相反，因此，為了實現(xiàn)雙向直流變換，還須增加一個控制腳，以切換兩種工作模式下主開關管的定義，實現(xiàn)方法是交換兩路控制脈沖，用邏輯電路來實現(xiàn)，邏輯表達式為：

當，電路工作在正向Buck模式；相反，當K=0時，，SR=DB，電路工作在反向Boost模式。

根據(jù)上面的分析，圖6給出了雙向恒壓控制的控制驅動脈沖實現(xiàn)電路。

最后，需要指出的是，采用數(shù)字控制，系統(tǒng)更簡單，控制更靈活，抗干擾特性強，系統(tǒng)維護也方便，但考慮到單片機或DSP，數(shù)字信號處理器成本相對較高，故以上雙向同步整流變換控制的分析設計采用硬件電路實現(xiàn)。

4 結語

本文是在Buck同步整流的基礎上，充分利用電路從拓撲上整合了Buck和Boost兩種變換器的特點，提出了雙向DC／DC變換，而并針對雙向恒壓控制和恒流控制兩種不同的控制方式，分析了對驅動電路的要求，并給出了各自驅動脈沖的實現(xiàn)方法。實驗結果與理論分析吻合。

33.MOS管集成電路

在集成電路的設計中，電阻器不是主要的器件，卻是必不可少的。如果設計不當，會對整個電路有很大的影響，并且會使芯片的面積很大，從而增加成本。

目前，在設計中使用的主要有3種電阻器：多晶硅、MOS管以及電容電阻。在設計中，要根據(jù)需要靈活運用這3種電阻，使芯片的設計達到最優(yōu)。1多晶硅電阻

集成電路中的單片電阻器距離理想電阻都比較遠，在標準的MOS工藝中，最理想的無源電阻器是多晶硅條。一個均勻的平板電阻可以表示為：

式中：ρ為電阻率；t為薄板厚度；R□=(ρ/t)為薄層電阻率，單位為Ω/□；L/W為長寬比。由于常用的薄層電阻很小，通常多晶硅最大的電阻率為100Ω/□，而設計規(guī)則又確定了多晶硅條寬度的最小值，因此高值的電阻需要很大的尺寸，由于芯片面積的限制，實際上是很難實現(xiàn)的。當然也可以用擴散條來做薄層電阻，但是由于工藝的不穩(wěn)定性，通常很容易受溫度和電壓的影響，很難精確控制其絕對數(shù)值。寄生效果也十分明顯。

無論多晶硅還是擴散層，他們的電阻的變化范圍都很大，與注入材料中的雜質濃度有關。不容易計算準確值。由于上述原因，在集成電路中經(jīng)常使用有源電阻器。

2MOS管電阻

MOS管為三端器件，適當連接這三個端，MOS管就變成兩端的有源電阻。這種電阻器主要原理是利用晶體管在一定偏置下的等效電阻。可以代替多晶硅或擴散電阻，以提供直流電壓降，或在小范圍內(nèi)呈線性的小信號交流電阻。在大多數(shù)的情況下，獲得小信號電阻所需要的面積比直線性重要得多。一個MOS器件就是一個模擬電阻，與等價的多晶硅或跨三電阻相比，其尺寸要小得多。

簡單地把n溝道或p溝道增強性MOS管的柵極接到漏極上就得到了類似MOS晶體管的有源電阻。對于n溝道器件，應該盡可能地把源極接到最負的電源電壓上，這樣可以消除襯底的影響。同樣p溝道器件源極應該接到最正的電源電壓上。此時，VGS=VDS，如圖（a)，(b)所示。

圖（a)的MOS晶體管偏置在線性區(qū)工作，圖2所示為有源電阻跨導曲線ID-VG S的大信號特性。這一曲線對n溝道、p溝道增強型器件都適用。可以看出，電阻為非線性的。但是在實際中，由于信號擺動的幅度很小，所以實際上這種電阻可以很好地工作。根據(jù)公式

其中：K′=μ0C0X。可以看出，如果VDS<(VGS-VT)，則ID與VDS之間關系為直線性（假定VGS與VDS無關，由此產(chǎn)生一個等效電阻R=KL/W，K=1/［μ0C0X（VGS-VT）］，μ0為載流子的表面遷移率，C0X為柵溝電容密度；K值通常在1 000～3 00 0Ω/□。實驗證明，在VDS<0.5（VGS-V T）時，近似情況是十分良好的。

圖中雖然可以改進電阻率的線性，但是犧牲了面積增加了復雜度。

用有源電阻得到大的直流電壓需要大的電流，或者遠小于1的W/L比值?？梢圆捎眉夁B的方法克服這一問題即將每一級的G，D與上一級的S相連。這樣可以使W/L接近于1且使用較小的直流電流。

在設計中有時要用到交流電阻，這時其直流電流應為零。圖1所示的有源電阻不能滿足此條件，因為這時要求其阻值為無窮大。顯然這是不可能的。這時可以利用MOS管的開關特性來實現(xiàn)，圖中所示。MOS開關的特性近似為直線，沒有直流失調(diào)。這時通過控制柵源之間的電壓值就可以得到ΔV為1 V的線性交流電阻。

為了盡可能夸大線性區(qū)并抵消體效應，電阻往往以差動方式成對出現(xiàn)，如圖3（b）所示的一 對差動結構的交流電阻。注意，加到電阻器左邊的是差動信號（V1）；右邊則處于相同電位。

3電容電阻

交流電阻還可以采用開關和電容器來實現(xiàn)。經(jīng)驗表明，如果時鐘頻率足夠高，開關和電容的組合就可以當作電阻來使用。其阻值取決于時鐘頻率和電容值。

一種電阻模擬方法，稱為“并聯(lián)開關電容結構”。在特定的條件下，按照采樣系統(tǒng)理論，可以近似為圖4(b)所示的電阻。其中V1和V2為兩個獨立的直流電壓源，其按照足夠高的速率采樣，在周期內(nèi)的變化可忽略不計。通過計算可得：

其中，fc=1/T是信號Φ1和Φ2的頻率。

這種方法可以在面積很小的硅片上得到很大的電阻。例如，設電容器為多晶硅多晶硅型，時鐘頻率100 kHz，要求實現(xiàn)1 MΩ的電阻，求其面積。根據(jù)式(3)可知電容為10 pF。假設單位面積的電容為0.2 pF/mil2,則面積為50 mil2。如果用多晶硅，取最大可能值100 Ω，并取其最小寬度，那么需要900 mil2。當然在開關電容電阻中除了電容面積外還需要兩個面積極小的MOS管做開關。可以看出，電容電阻比多晶硅電阻的面積少了很多。而在集成電路設計中這是十分重要的，雖然增加了2個MOS管，但與所減少的面積相比是可忽略的。實際上所節(jié)省的面積遠不止此，因為多晶硅條的電阻率很難達到100 Ω/□。當然，利用電容實現(xiàn)電阻還有其他的方法，在此不再贅述。

4結語

本文集中討論了怎樣在物理層上實現(xiàn)電阻。實際上，MOS工藝在這方面提供了不少方便。這些電阻器可以與其他的元器件一起使用。使用開關和電容模擬電阻，可以減輕漏極電流受漏—源電壓的影響。對于電容電阻器，由于其電阻值與電容大小成反比，因此有效的RC時間常數(shù)就與電容之比成正比，從而可以用電容和開關電容電阻準確的實現(xiàn)電路中要求的時間常數(shù)；而使用有源器件的電阻，可以使電阻尺寸最小。多晶硅電阻則是最簡單的。在設計中要靈活運用這三種不同的方式。

34.MOS管開關電路原理

開關電源基于自身的體積小巧和轉換效率高的特點已在電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用，特別是美國PI公司開發(fā)的TOPSwitch系列高頻開關電源集成芯片的出現(xiàn)，使電路設計更為標準成熟、簡潔便捷。但該TOPSwitch系列的集成芯片其典型輸入電壓設計為不高于275V的情況下工作，在工業(yè)現(xiàn)場，電網(wǎng)的電壓往往受用電負載的變化而變動，特別是負載較大時情況尤其嚴重，另外現(xiàn)場環(huán)境的干擾尖峰也會疊加在輸入電壓上一起進入電源電路，致使在惡劣環(huán)境下正常供電的電源芯片或其它的元件極其容易損壞。超寬范圍輸入的電源可在輸入80～400V的范圍內(nèi)正常工作，同時也為現(xiàn)場任意采用220V相電壓或380V線電壓，還是一次高壓互感器出來的100V電壓，均可直接使用提供了方便。

電路原理圖

1)前端電路設計

當輸入電壓要求為AC400V時，考慮輸入時電源的波動變化為±15％，則最高輸入電壓將達到460V左右，此輸入電壓經(jīng)整流濾波后，其電壓可達650V左右，再考慮加上輸出反饋的電壓Uor和漏感形成的尖峰電壓疊加后其最高電壓將超過800V，而該芯片的最高電壓為700V，為了保證TOP242能正常安全工作，在設計前端電路時增加了一個MOS管，讓MOS管與TOP242串接，并實現(xiàn)與TOP管同步開關來提高整體耐壓。本設計采用的MOS管是IR公司的IRFBC20，其耐壓為600V，導通關斷時間為幾十個ns，這可以大大減少開關損耗。MOS管的通斷由TOP242N控制，這樣可以使MOS管和TOP242N內(nèi)部的開關管時序保持一致，見圖1。

2)外圍控制電路設計

該電路將TOP242N的極限電流設置為內(nèi)部最大值，將TOP242N設為全頻工作方式，開關頻率為1 32kHz，把多功能腳M與S短接。

3)穩(wěn)壓反饋電路設計

反饋回路的形式由輸出電壓的精度決定，本設計采用“光耦加TL431”的反饋方式，見圖1。它可以將輸出電壓的變動控制在±1％以內(nèi)，反饋電壓由5V輸出端取樣。電壓反饋信號通過電阻分壓器R10、 R11獲得取樣電壓后，將與TL431中的2．5V基準電壓進行比較并輸出誤差電壓，然后通過光耦改變TOP242N的控制端電流Lc，再通過改變占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓使其保持不變。光耦的另一作用是對冷地和熱地進行隔離。尖峰電壓經(jīng)R8、C4濾波后，可使偏置電壓即使在負載較重時，也能保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)電阻R10、R11可改變輸出電壓的大小。

4)高頻變壓器設計

一般應選用能夠滿足高頻開關的錳鋅鐵氧體磁心，為便于繞制，磁心形狀可選用EI或EE型，變壓器的初、次級繞組應相間繞制。高頻變壓器的設計由于要考慮大量的相互關聯(lián)變量，因此計算較為復雜，為減輕設計者的工作量，PI公司為TOPSwitch開關電源的高頻變壓器設計制作了專用的設計軟件，設計者可以方便地應用該軟件設計高頻變壓器。

5)次級輸出電路設計

輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應加上功率較大的散熱器；電容器一般應選擇低ESR等效串聯(lián)阻抗的電容。為提高輸出電壓的濾波效果，濾除高頻開關過程所產(chǎn)生的電壓噪聲和電壓尖峰，在整流濾波環(huán)節(jié)的后面通常應再加一級LC濾波環(huán)節(jié)。

6)保護電路設計

為了保護電源在瞬間高壓下能正常工作，在電源的輸入端還設計了附加的過電壓保護措施，見圖1，即在輸入端并接了較大功率的壓敏電阻，并且在后級加上共模電感和負溫度系數(shù)的熱敏電阻，可有效的抑制開機瞬間的電壓浪涌沖擊。為防止在開關周期內(nèi)，TOP242N關斷時漏感產(chǎn)生的尖峰電壓使TOP242N損壞，電路中設計了由鉗位齊納管VD5、阻斷二極管VD6組成的保護網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡在正常工作時，VD5上的損耗很小；而在啟動或過載時，VD5即會限制漏極電壓。

2 電源性能測試及結果分析

根據(jù)以上設計方法，對采用TOP242N設計的多路輸出開關電源的性能進行了測試。實測結果表明，該電源在交流輸入60～500V時，且在60°高溫條件下，電源都能可靠穩(wěn)定工作，電源的效率約為85％以上，紋波電壓、輸出電壓穩(wěn)定精度都在規(guī)定的范圍內(nèi)。在EMC測試中，浪涌±4000V，快速脈沖群土4000V也能正常工作，各項性能指標經(jīng)測試均較滿意。

3 結束語

如本文所述，由于在前端設計時增加了串接的場效應管同步開關，有效地提高了開關電源在工業(yè)現(xiàn)場各種環(huán)境下工作的可靠性和便利性，實用性能強。本文的設計原理可應用在TOPSwitch系列或其它系列的電源集成芯片的耐壓擴展，有較好的應用效果。

35.LED燈的工作原理

“低碳”生活是目前倡導的一種觀念，對于照明來說，LED的應用就是具體體現(xiàn)。LED具有環(huán)保、節(jié)能、效率高、壽命長、安全可靠的優(yōu)勢，為此，必須了解LED的使用條件、工作原理、驅動方法和典型應用。

LED工作原理要設計驅動電路，首先要掌握其工作原理。LED的亮度主要與VF、IF有關。LED的伏安特性見圖1，其中VF是LED的正向壓降、IF是正向電流。當正向電壓超過閾值(即導通電壓，如圖約1.7V)時，可近似認為IF與VF成正比。由圖可知，LED的最高IF可達1A，而VF通常為2 V～4V。ttings/kevin/Local%20Settings/Temporary%20Internet%20Files/Content.IE5/I1DYVM58/1(22)[1].gif">

LED的VF與IF 的關系 LED的正向壓降變化范圍比較大(可達1V以上)，而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起IF較大的變化，從而引起亮度的較大變化。所以，通常LED的發(fā)光特性都用電流的函數(shù)來描述，而不是電壓的函數(shù)。但一般的整流電路的輸出電壓隨著電網(wǎng)電壓的波動也會變化，由此可知，采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的特性。因此，LED驅動通常采用恒流源驅動。

3 LED驅動技術 由LED的工作原理知道，要使LED保持最佳的亮度狀態(tài)，需要恒流源來驅動。驅動的任務既要保持恒流特性，還要保持較低的功耗。為了滿足以上要求，通常采用的控制電流的方法有：通過調(diào)節(jié)限流電阻的大小實現(xiàn)控制電流；通過調(diào)節(jié)限流電阻上的基準電壓來調(diào)節(jié)電流；PWM調(diào)制實現(xiàn)電流控制。LED的驅動技術與開關電源中應用的技術十分類似，LED驅動電路是一種電源轉換電路，但輸出的是恒定電流而非恒定電壓。無論在任何情況下，都要輸出恒定而平均的電流，紋波電流要控制在一定的范圍內(nèi)。

⑴　限流法  電網(wǎng)電壓通過降壓、整流、濾波后，通過電阻限流使LED穩(wěn)定工作。這種電路的致命缺點是：電阻R上的功耗直接影響了系統(tǒng)的效率，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率約50%。當電源電壓在±10%的范圍內(nèi)變動時，流過LED的電流變化將≥25%，LED上的功率變化超過30%。電阻限流的優(yōu)點是設計簡單、成本低、無電磁干擾；但是電流會隨著VF的變化而改變亮度，效率很低，散熱難。

⑵　穩(wěn)壓法 一個集成穩(wěn)壓元件MC7809，使輸出端的電壓基本穩(wěn)定在9V，限流電阻R可用得很小，不會造成LED的電壓不穩(wěn)。但是，此電路效率還是低。因為MC7809和R1上的壓降仍占很大比例，其效率約為40%左右。這就稱不上是節(jié)能照明產(chǎn)品。為了達到既能使LED穩(wěn)定工作，又能保持高的效率，應采用低功耗的限流元件和電路來使系統(tǒng)效率提高。線形穩(wěn)壓法的優(yōu)點是結構簡單、外部元件少、效率中等、成本較低。

⑶　PWM法 PWM脈寬調(diào)制，即用脈寬調(diào)制的方法，改變LED驅動電流的脈沖占空比來控制光的亮度。是利用簡單的數(shù)字脈沖，反復開關LED驅動器的調(diào)光技術。使用者只需提供寬、窄不同的數(shù)字脈沖，即可實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。此驅動電路的特點是，通過一個電感器將能量傳遞給負載，通常是用一個PWM控制信號，對MOSFET晶體管觸發(fā)導通和關斷來實現(xiàn)。通過改變PWM的占空比和電感器的充放電時間，對輸入電壓和輸出電壓的比率進行調(diào)節(jié)。這類電路常見的結構包括降壓、升壓、降壓-升壓等類型。優(yōu)點是高效、穩(wěn)定，但容易產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲，成本高，設計復雜。

4 .PWM信號

經(jīng)過三極管VQ1的基極連接到P溝道MOS管的柵極上。P溝道MOS管的柵極驅動，采用簡單的NPN三極管驅動放大電路，以改善MOS管的導通過程，減少驅動電源的功率。當驅動電路直接驅動MOS管時，會引起被驅動MOS管的快速開通和關斷，這就可能造成被驅動MOS管漏源極間電壓的振蕩。一則引起射頻干擾，二則有可能造成MOS管遭受過高的電壓而擊穿損壞。為解決這一問題，需在被驅動MOS管的柵極與驅動電路的輸出之間串聯(lián)一只無感電阻。當PWM波輸出高電平時，三極管VQ1導通，從而使MOS管的柵極電壓低于源極電壓，MOS管的源極和漏極導通，LED點亮。當PWM波輸出低電平時，VQ1截止，LED熄滅。

36.

開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。

開關電源的電路組成方框圖如下：

二、 輸入電路的原理及常見電路

1、AC 輸入整流濾波電路原理：

① 防雷電路：當有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。

②輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當電源開啟瞬間，要對 C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減?。≧T1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。

③ 整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

2、 DC 輸入濾波電路原理：

①輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網(wǎng)絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4 為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。

② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于 C6的存在Q2不導通，電流經(jīng)RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現(xiàn)象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導通使 Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。

三、 功率變換電路

1、MOS管的工作原理：目前應用最廣泛的絕緣柵場效應管是MOSFET（MOS管），是利用半導體表面的電聲效應進行工作的。也稱為表面場效應器件。由于它的柵極處于不導電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來改變半導體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。

3、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關MOS管并接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷 。 R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào)整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。

開關電源電路組成及原理詳解

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