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(shí),場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓.這是一項(xiàng)極限參數(shù),加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于V(BR)DSS . 它具有正溫度特性.故應(yīng)以此參數(shù)在低溫條件下的值作為安全考慮. 加負(fù)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(jié)溫及漏極電流的條件下, MOSFET 導(dǎo)通時(shí)漏源間的最大阻抗.它是一個(gè)非常重要的參數(shù),決定了MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的消耗功率.此參數(shù)一般會隨結(jié)溫度的上升而有所增大（正溫度特性）. 故應(yīng)以此參數(shù)在最高工作結(jié)溫條件下的值作為損耗及壓降計(jì)算.

 

VGS(th) :開啟電壓(閥值電壓).當(dāng)外加?xùn)艠O控制電壓 VGS超過VGS(th) 時(shí),漏區(qū)和源區(qū)的表面反型層形成了連接的溝道.應(yīng)用中,常將漏極短接條件下 ID 等于毫安時(shí)的柵極電壓稱為開啟電壓.此參數(shù)一般會隨結(jié)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(shí)的漏源電流.一般在微安級.

 

IGSS :柵源驅(qū)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(dǎo).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(zhuǎn)移關(guān)系圖如下圖所示.

 

Qg :柵極總充電電量.MOSFET 是電壓型驅(qū)動器件,驅(qū)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(shí)現(xiàn)的,下面將有此方面的詳細(xì)論述.

 

Qgs:柵源充電電量.

 

Qgd :柵漏充電(考慮到 Miller 效應(yīng))電量.

 

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

 

Tr :上升時(shí)間.輸出電壓 VDS 從 90% 下降到其幅值 10% 的時(shí)間.

 

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

 

Tf :下降時(shí)間.輸出電壓 VDS 從 10% 上升到其幅值 90% 的時(shí)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(qū)動電壓Vod=Vgs-Vth?？梢岳斫鉃椋撼^驅(qū)動門限（Vth）的剩余電壓大小。

 

1）只有在你的過驅(qū)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(qū)動電壓來判斷晶體管是否導(dǎo)通。

 

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

 

3）如果能夠更加深入理解的話，可以領(lǐng)悟到過驅(qū)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(dǎo)通延遲時(shí)間，從有駛?cè)腚妷荷仙?0%開始到VDS下降到其幅值90%的時(shí)間。

 

Tr：上升時(shí)間。輸出電壓VDS從90%下降到其幅值10%的時(shí)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(yīng)時(shí)間（開關(guān)時(shí)間）Ton/off=Qgd/Ig；

 

Ig=[Vb-Vgs(th)]/Rg；

 

Ig：MOS柵極驅(qū)動電流；Vb：穩(wěn)態(tài)柵極驅(qū)動電壓；

 

 

 

 

20.MOS管跨導(dǎo)主要作用

 

金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)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(jié)型場效應(yīng)管的電極

 

根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法：將萬用表撥在R×1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時(shí)，則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷Y(jié)型場效應(yīng)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(gè)電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極，測其電阻值。當(dāng)出現(xiàn)兩次測得的電阻值近似相等時(shí)，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(jié)的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應(yīng)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(jié)，即是正向電阻，判定為P溝道場效應(yīng)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(jìn)行測試，直到判別出柵極為止。

 

（2）用測電阻法判別場效應(yīng)管的好壞

 

測電阻法是用萬用表測量場效應(yīng)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(yīng)管手冊標(biāo)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(dāng)測得其各項(xiàng)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?yàn)橥?，則說明管是壞的。要注意，若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極，可用元件代換法進(jìn)行檢測。

 

（3）用感應(yīng)信號輸人法估測場效應(yīng)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(yīng)管加上1.5Ｖ的電源電壓，此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結(jié)型場效應(yīng)管的柵極G，將人體的感應(yīng)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(jié)型場效應(yīng)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(yùn)用這種方法時(shí)要說明幾點(diǎn)：首先，在測試場效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí)，萬用表針可能向右擺動（電阻值減?。部赡芟蜃髷[動（電阻值增加）。這是由于人體感應(yīng)的交流電壓較高，而不同的場效應(yīng)管用電阻檔測量時(shí)的工作點(diǎn)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(yàn)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(yīng)管也適用。但要注意，MOS場效應(yīng)管的輸人電阻高，柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)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(yīng)電荷直接加到柵極，引起柵極擊穿。第三，每次測量完畢，應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)電容上會充有少量電荷，建立起VGS電壓，造成再進(jìn)行測量時(shí)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(biāo)志的場效應(yīng)管

 

場效應(yīng)管的工作原理

 

首先用測量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D，余下兩個(gè)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(jìn)行驗(yàn)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(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極D、源極S的位置后，按D、S的對應(yīng)位置裝人電路，一般G1、G2也會依次對準(zhǔn)位置，這就確定了兩個(gè)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(dǎo)的大小

 

對VMOSV溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管測量跨導(dǎo)性能時(shí)，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D，這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)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(shí)表內(nèi)電壓較高。當(dāng)用手接觸柵極G時(shí)，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(dǎo)值越高；如果被測管的跨導(dǎo)很小，用此法測時(shí)，反向阻值變化不大。

 

 

 

 

21.耗盡型MOS管

 

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

 

當(dāng)UDS>0時(shí)，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(dāng)UGS更負(fù)，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)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(yīng)管，是在制造過程中，預(yù)先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子，因此，在UGS=0時(shí)，這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子，形成N型導(dǎo)電溝道。

 

N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)類似，只有一點(diǎn)不同，就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時(shí)，溝道已經(jīng)存在。該N溝道是在制造過程中應(yīng)用離子注入法預(yù)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(jié)構(gòu)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(dāng)VGS＝0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)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(dāng)VGS＞0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。VGS＜0時(shí)，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID＝0。對應(yīng)ID＝0的VGS稱為夾斷電壓，用符號VGS(off)表示，有時(shí)也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性.

 

N溝道耗盡型MOS管和N溝道M1F60-6063增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)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(shí)摻人負(fù)離子），故在UCs=0時(shí)，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(yīng)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(fù)時(shí)，溝道中感應(yīng)的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大。減少。當(dāng)UCS負(fù)向增加到某一數(shù)值時(shí)，導(dǎo)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(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)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(shí)摻人負(fù)離子），故在UCs=0時(shí)，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(yīng)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(qū)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(qiáng)型（EnhancementMOS）。這兩種型態(tài)的結(jié)構(gòu)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(dǎo)通的。而增強(qiáng)型MOS則必須在其VGS大於某一特定值才能導(dǎo)通。

 

MOS管，即在集成電路中絕緣性場效應(yīng)管。MOS英文全稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體，描述了集成電路中的結(jié)構(gòu)，即：在一定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)管可以方便地用作恒流源也可以用作電子開關(guān)。

 

有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。場效應(yīng)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(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。以下特點(diǎn):開關(guān)速度快、高頻率性能好，輸入阻抗高、驅(qū)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(diǎn)就是能夠減少體積大小與重量，提供給設(shè)計(jì)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(guān)電路中應(yīng)用極為廣泛。

 

 

 

 

23.MOS管驅(qū)動電路的作用

 

開關(guān)穩(wěn)壓電源(以下簡稱開關(guān)電源)問世后，在很多領(lǐng)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(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，PWM開關(guān)電源問世，它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達(dá)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(guān)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(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)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(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計(jì)算機(jī)、移動電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關(guān)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(guān)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(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

 

開關(guān)電源的三個(gè)重要發(fā)展階段開關(guān)電源經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展階段。 第一個(gè)階段是功率半導(dǎo)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(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。 第二個(gè)階段自20世紀(jì)80年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)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(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。 第三個(gè)階段從20世紀(jì)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(shù)開始發(fā)展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。

 

1.開關(guān)電源功率密度 提高開關(guān)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(biāo)。這對便攜式電子設(shè)備(如移動電話，數(shù)字相機(jī)等)尤為重要。使開關(guān)電源小型化的具體辦法有以下幾種。

 

一是高頻化。為了實(shí)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(yīng)用壓電變壓器。應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)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(zhì)傳送能量，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 三是采用新型電容器。為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量，須設(shè)法改進(jìn)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(dǎo)體器件性能 MOS管，它采用“超級結(jié)”(Super-Junction)結(jié)構(gòu)，故又稱超結(jié)功率MOSFET。工作電壓600"800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個(gè)數(shù)量級，仍保持開關(guān)速度快的特點(diǎn)，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導(dǎo)體器件。 碳化硅(SiC)是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料，其優(yōu)點(diǎn)是禁帶寬、工作溫度高(可達(dá)600℃)、熱穩(wěn)定性好、通態(tài)電阻小、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小、PN結(jié)耐壓高等，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導(dǎo)體器件。 可以預(yù)見，碳化硅將是21世紀(jì)最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。

 

3. 電磁兼容性 高頻開關(guān)電源的電磁兼容(EMC)問題有其特殊性。功率半導(dǎo)體器件在開關(guān)過程中所產(chǎn)生的di／dt和dv／dt，將引起強(qiáng)大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾，以及強(qiáng)電磁場(通常是近場)輻射。不但嚴(yán)重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。同時(shí)，電力電子電路(如開關(guān)變換器)內(nèi)部的控制電路也必須能承受開關(guān)動作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)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(lǐng)域里，存在著許多交叉學(xué)科的前沿課題有待人們研究。國內(nèi)外許多大學(xué)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(yīng)用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結(jié)構(gòu)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(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開發(fā)應(yīng)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(jìn)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(shè)備中得到應(yīng)用。 全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價(jià)格也更低廉；對電流檢測誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確；可以實(shí)現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計(jì)。 近兩年來，高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費(fèi)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(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。

 

6. 系統(tǒng)集成技術(shù) 電源設(shè)備的制造特點(diǎn)是非標(biāo)準(zhǔn)件多、勞動強(qiáng)度大、設(shè)計(jì)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可制造性、規(guī)模生產(chǎn)、降低成本等目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。 實(shí)際上，在電源集成技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導(dǎo)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(shù))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(gè)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(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)一體化，所有元器件連同控制保護(hù)集成在一個(gè)模塊中。 上世紀(jì)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的，可制造的模塊，既可用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，也可用于專用、特殊設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)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(shí)，單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)(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(cè)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(shù)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(shù)已較成熟；三相APFC的拓?fù)漕愋秃涂刂撇呗噪m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(guān)電源，由兩級拓?fù)浣M成，對于小功率AC／DC開關(guān)電源來說，采用兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shí)，將PFC變換器和后級DC／DC變換器組合成一個(gè)拓?fù)?，?gòu)成單級高功率因數(shù)AC／DC開關(guān)電源，只用一個(gè)主開關(guān)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為單管單級PFC變換器。

 

 

 

24.MOS管分類

 

通信手持設(shè)備光源的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鍵盤燈、液晶屏幕背光和特殊照明三個(gè)方面，主要的發(fā)光器件是半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，驅(qū)動芯片設(shè)計(jì)技術(shù)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(dǎo)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在通信手持設(shè)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(shè)備中的屏幕背光是一個(gè)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(qū)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(cè)面給與光源，就會在屏幕上出現(xiàn)嚴(yán)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(jī)底板或線形構(gòu)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(dāng)達(dá)到一定的臨界值，被電場激發(fā)的電子碰撞發(fā)光層，導(dǎo)致電子能極的跳躍、變化、復(fù)合而發(fā)射出高效率冷光的一種物理現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)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(jià)格昂貴。

 

在光源的三大模塊中，鍵盤燈的應(yīng)用方式相對固定，通常會使用4～10個(gè)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(qū)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(yīng)的高強(qiáng)度。后來又出現(xiàn)了具有量子阱結(jié)構(gòu)的高亮度InGaN產(chǎn)品，使LED可以發(fā)出綠色、藍(lán)色、紅色和紫色粉紅等混合色，這也就是所謂“炫彩”手機(jī)所采用的光源。這類LED的驅(qū)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。現(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(dāng)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(xué)結(jié)構(gòu)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(zhǔn)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(gè)，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(qū)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(jī)的手機(jī)所帶有的新功能，由白光LED提供強(qiáng)光源，而且隨著手機(jī)內(nèi)部存儲容量(SD卡、T-Flash卡等)的不斷擴(kuò)大和與PC的數(shù)據(jù)共享，以及網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸MMS的流行(EGPRS/3G)，用戶對所拍攝照片質(zhì)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(shí)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?yàn)樵谑褂脮r(shí)需要軟件預(yù)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(gè)整體的應(yīng)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(jī)相機(jī)出現(xiàn)之前這段時(shí)間的過渡產(chǎn)品。它主要是通過控制R、G、B三個(gè)不同的LED芯片的發(fā)光時(shí)間長短，來混合產(chǎn)生不同的光學(xué)效果。但它用在手持設(shè)備中很失敗，主要是因?yàn)槿绻麨榱诉_(dá)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(jìn)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(jī)時(shí)間短而顯得得不償失。

 

所以，只要有大功率、高亮度的光源驅(qū)動就能完全解決手持設(shè)備的光源需求

 

 

 

 

25.MOS管驅(qū)動電路的作用

 

電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。它對現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算化、工業(yè)自動化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵的作用。

 

6、電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

 

電源設(shè)備要進(jìn)入市場，今天的市場已是超越局域融費(fèi)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(zhǔn)則，電源設(shè)備要接受安全、 EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的論證。

 

3、新器件、新材料的支撐

 

晶閘管(SCR)、可關(guān)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(yīng)晶體管(MOSFET)、智能ICBT(IPM)、MOS柵控晶閘管(MCT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、超快恢復(fù)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(shù)、促進(jìn)電源產(chǎn)品升級換代。并正在研究開發(fā)砷化鎵(GaAs)、半導(dǎo)體金剛石、碳化硅(SiC)半導(dǎo)體材料。

 

1、高頻變換是電源技術(shù)發(fā)展的主流

 

電源技術(shù)的精髓是電能變換。利用電能變換技術(shù)，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(guān)電源在電源技術(shù)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(guān)頻率達(dá)兆赫茲的高頻開關(guān)電源，為高頻變換提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，促進(jìn)了電源技術(shù)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(yīng)，進(jìn)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(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是高新技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步擴(kuò)展了它的應(yīng)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(jī)電源，功率集成技術(shù)簡化了電源的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)在通訊、電力獲得廣泛應(yīng)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(jìn)一步發(fā)展是做系統(tǒng)集成，將信息傳輸、控制與功率半導(dǎo)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(qū)動電路、保護(hù)電路采用集成組件。數(shù)字信號處理器DSP的采用，實(shí)現(xiàn)控制全數(shù)字化。控制手段用微處理器和單片機(jī)組成的軟件控制方式，達(dá)到了較高的智能化程度，并且進(jìn)一步提高電源裝置的可靠性。

 

2、新理論、新技術(shù)的指導(dǎo)

 

單管降壓、升壓電路、諧振變換、移相諧振、軟開關(guān)PWM、零過渡PWM等電路拓?fù)淅碚?；?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(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(jī)監(jiān)控等新技術(shù)，指導(dǎo)廠電源技術(shù)的發(fā)展。

 

三、電源管理應(yīng)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(fù)輸出系列電路，此外不有脈寬調(diào)制(PWM)型的開關(guān)型電路等。因技術(shù)進(jìn)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(yīng)運(yùn)而生。電源管理用接口電路主要有接口驅(qū)動器、功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)驅(qū)動器以及高電壓/大電流的顯示驅(qū)動器等等。

 

電源管理分立式半導(dǎo)體器件則包括一些傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的功率場效應(yīng)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?yàn)殡娫垂芾鞩C的大量發(fā)展，功率半導(dǎo)體才改稱為電源管理半導(dǎo)體。也正是因?yàn)檫@么多的集成電路IC進(jìn)入電源領(lǐng)域，人們才更多地以電源管理來稱呼現(xiàn)階段的電源技術(shù)。

 

2、電源管理IC分類

 

電源管理半導(dǎo)體本中的主導(dǎo)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(guān)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(yù)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(qū)動外部開關(guān)。

 

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(fù)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(hù)及電量顯示IC，以及可進(jìn)行電池?cái)?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(qū)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(guān)的應(yīng)用相聯(lián)系，所以針對不同應(yīng)用，還可以列出更多類型的器件。

 

3、電源管理的技術(shù)趨勢

 

電源管理的技術(shù)趨勢是高效能、低功耗、智能化。

 

提高效能涉及兩個(gè)不同方面的內(nèi)容：一方面想要保持能量轉(zhuǎn)換的綜合效率，同時(shí)還希望減小設(shè)備的尺寸；另一方面是保護(hù)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(jì)算機(jī)和電信應(yīng)用中更加高效適配器和電源的需要。在電源電路設(shè)計(jì)方面，一般待機(jī)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(jìn)一步降低現(xiàn)有待機(jī)能耗，則需要有新的IC制造工藝技術(shù)及在低功耗電路設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換器和具有動態(tài)可調(diào)輸出電壓的開關(guān)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(yīng)用領(lǐng)域     電源管理IC應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品(手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、MP3播放器、移動硬盤等)、數(shù)字消費(fèi)類電子產(chǎn)品(高清晰度電視機(jī)、LCD電視機(jī)和面板、DVD播放機(jī))、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和汽車電子。其中消費(fèi)類電子產(chǎn)品是電源管理芯片的最大應(yīng)用領(lǐng)域。

 

四、結(jié)論   當(dāng)代許多高新技術(shù)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(guān)。電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項(xiàng)高新技術(shù)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(shù)推向了電源管理的新時(shí)代。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)―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(yuǎn)的影響。

 

 

 

 

 

26.MOS電路

 

半導(dǎo)體材料

 

一、半導(dǎo)體材料

 

半導(dǎo)體單晶

 

1.硅單晶

 

2.鍺單晶

 

3.化合物單晶

 

半導(dǎo)體片材

 

1、其他半導(dǎo)體片材

 

2、半導(dǎo)體外延片

 

3、半導(dǎo)體拋光片

 

半導(dǎo)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(dǎo)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(xué)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(guān)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(jī)電路

 

1.黑白電視機(jī)電路

 

2.彩色電視機(jī)電路

 

3、電子鐘表電路

 

4、電子玩具電路

 

5、馬達(dá)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(qū)動電路

 

9、計(jì)算器電路

 

大規(guī)模接口電路

 

1、轉(zhuǎn)換電路（A/D、D/A、V/F、F/V等）

 

2、驅(qū)動電路

 

（二）其他器件

 

1、半導(dǎo)體制冷器件

 

2、其他器件

 

四、電力半導(dǎo)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(guān)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(yīng)管

 

（十一）固態(tài)繼電器模塊

 

（十二）靜電感應(yīng)器件（SIT）

 

（十三）其他電力半導(dǎo)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(guān)電源工作原理概述

 

高頻開關(guān)電源的工作原理是功率變換。

 

當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流流過電感L，在負(fù)載RL兩端產(chǎn)生輸出電壓。由于輸入電壓的極性關(guān)系，二級管VD1處于反向配置，此時(shí)L儲存能量。當(dāng)開關(guān)S打開時(shí)，電感L的磁場極性發(fā)生變化，儲存在L中的能量通過負(fù)載RL釋放，二極管VD1正向?qū)ǎ?fù)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(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，輸入回路有電流輸入，而當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，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(shí)還起到濾波的作用，從而使RL上的電壓更加平滑。

 

在實(shí)際應(yīng)用中，起到開關(guān)使用的是開關(guān)晶體管。同時(shí)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(guān)晶體管，其基極用一方波S1控制。S1為高電平時(shí)，VT1導(dǎo)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(fù)載RL，同時(shí)電感L中儲存了能力。此時(shí)二極管VD1處于反向偏置。

 

當(dāng)S1為低電平時(shí)，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(dǎo)通，存儲在電感L中的能量繼續(xù)傳遞給負(fù)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(dǎo)通時(shí)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(guān)電源是一種功率轉(zhuǎn)換裝置　。

 

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

 

總結(jié)：

 

高頻開關(guān)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(kuò)大。大功率方面，高頻開關(guān)電源還受到一定的限制。但這并不意味著高頻開關(guān)電源沒有進(jìn)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(guān)電源單機(jī)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(shù)的提高，電子器件的發(fā)展，多組并聯(lián)的大功率高頻開關(guān)電源已不是夢想。在這方面，北京浩源電源設(shè)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(guān)電源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單機(jī)大的功率高頻開關(guān)電源一定會在不遠(yuǎn)的將來進(jìn)入市場，走近我們。

 

 

 

 

 

 

28.MOS管基本知識

 

MOS管學(xué)名是場效應(yīng)管，是金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管，英文：MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor），屬于絕緣柵型。本文就結(jié)構(gòu)構(gòu)造、特點(diǎn)、實(shí)用電路等幾個(gè)方面用工程師的話簡單描述。

 

其結(jié)構(gòu)示意圖：

 

解釋1：溝道

 

下面圖中，下邊的p型中間一個(gè)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(dǎo)通后是電阻特性，因此它的一個(gè)重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻，選用mos管必須清楚這個(gè)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(dǎo)致導(dǎo)通，而p型的相反。

 

解釋3：增強(qiáng)型

 

相對于耗盡型，增強(qiáng)型是通過“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來導(dǎo)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(fù)離子就越遠(yuǎn)離柵極，柵極電壓達(dá)到一個(gè)值，叫閥值或坎壓時(shí)，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(dǎo)通，電壓越低，通道越厚，導(dǎo)通電阻越小。由于電場的強(qiáng)度與距離平方成正比，因此，電場強(qiáng)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?yàn)閚型負(fù)離子的“退讓”是越來越難的。耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層，用柵極來加厚或者減薄來控制源漏的導(dǎo)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(shí)說mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)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(shí)原理上，源極和漏極確實(shí)是對稱的，是不區(qū)分的。但在實(shí)際應(yīng)用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個(gè)二極管，起保護(hù)作用，正是這個(gè)二極管決定了源極和漏極，這樣，封裝也就固定了，便于實(shí)用。我的老師年輕時(shí)用過不帶二極管的mos管。非常容易被靜電擊穿，平時(shí)要放在鐵質(zhì)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(gè)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(gè)膜越?。弘妶鲎饔迷胶?、坎壓越小、相同柵極電壓時(shí)導(dǎo)通能力越強(qiáng)。壞處是：越容易擊穿、工藝制作難度越大而價(jià)格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級的，1角人民幣左右買一個(gè)，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(shí)物的區(qū)別

 

下圖僅僅是原理性的，實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預(yù)先成為相對負(fù)電壓，因此p型的管子，柵極不用加負(fù)電壓了，接地就能保證導(dǎo)通。相當(dāng)于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道，嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。好處是明顯的，應(yīng)用時(shí)拋開了負(fù)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(gè)電容，越是高品質(zhì)的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)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(guān)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(qiáng)大的柵極驅(qū)動，也是這個(gè)道理。試想，弱驅(qū)動信號瞬間變?yōu)楦唠娖?，但是為?ldquo;灌滿”寄生電容需要時(shí)間，就會產(chǎn)生上升沿變緩，對開關(guān)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(yùn)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(dāng)溝道處于似通非通時(shí)，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無窮大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。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(guān)閉時(shí)，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(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí)，導(dǎo)通狀態(tài)要“路過”一個(gè)由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時(shí)，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個(gè)原因是導(dǎo)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(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過高保護(hù)，所謂結(jié)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(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。

 

 

 

 

29.MOS原理

 

場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

 

場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)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(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應(yīng)管，以及最近剛問世的πMOS場效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。

 

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

 

MOS場效應(yīng)晶體管在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場效應(yīng)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(shí)應(yīng)注意以下規(guī)則：

 

（1）.MOS器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個(gè)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(yīng)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(yīng)把電路板的電源線與地線短接，再M(fèi)OS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(jī)時(shí)順序相反。

 

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

 

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

 

 

 

 

 

 

30.MOS管工作詳解

 

集成電路 設(shè)計(jì)與制造的主要流程 集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架 引 言 半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)：包括PN結(jié)的物理機(jī)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(kuò)散、化學(xué)氣相淀積、金屬蒸發(fā)或?yàn)R射、封裝等工序 集成電路設(shè)計(jì)：另一重要環(huán)節(jié)，最能反映人的能動性 結(jié)合具體的電路，具體的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(gè)芯片上，整個(gè)電路就在這個(gè)芯片上，把這個(gè)芯片放到管殼中進(jìn)行封裝，電路與外部的連接靠引腳完成。 什么是集成電路設(shè)計(jì)？ 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(jié)構(gòu)、工藝方案和設(shè)計(jì)規(guī)則的情況下，盡量減小芯片面積，降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，以保證全局優(yōu)化，設(shè)計(jì)出滿足要求的集成電路。 設(shè)計(jì)的基本過程 （舉例） 功能設(shè)計(jì) 邏輯和電路設(shè)計(jì) 版圖設(shè)計(jì) 集成電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與制備之間的接口：版圖 主要內(nèi)容 IC設(shè)計(jì)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)信息描述 典型設(shè)計(jì)流程 典型的布圖設(shè)計(jì)方法及可測性設(shè)計(jì)技術(shù) 設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)信息描述 設(shè)計(jì)特點(diǎn)(與分立電路相比) 對設(shè)計(jì)正確性提出更為嚴(yán)格的要求 測試問題 版圖設(shè)計(jì)：布局布線 分層分級設(shè)計(jì)(Hierarchical design)和模塊化設(shè)計(jì) 高度復(fù)雜電路系統(tǒng)的要求 什么是分層分級設(shè)計(jì)？ 將一個(gè)復(fù)雜的集成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題分解為復(fù)雜性較低的設(shè)計(jì)級別，這個(gè)級別可以再分解到復(fù)雜性更低的設(shè)計(jì)級別；這樣的分解一直繼續(xù)到使最終的設(shè)計(jì)級別的復(fù)雜性足夠低，也就是說，能相當(dāng)容易地由這一級設(shè)計(jì)出的單元逐級組織起復(fù)雜的系統(tǒng)。一般來說，級別越高，抽象程度越高；級別越低，細(xì)節(jié)越具體 從層次和域表示分層分級設(shè)計(jì)思想 域：行為域：集成電路的功能 結(jié)構(gòu)域：集成電路的

 

 

 

 

 

 

31.LED 燈

 

LED驅(qū)動電源設(shè)計(jì)并不難，但一定要心中有數(shù)。只要做到調(diào)試前計(jì)算，調(diào)試時(shí)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(gè)專家說過。以前問過LED廠這個(gè)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(yàn)證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。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(gè)具體指標(biāo)，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(qū)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(dāng)然會引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動芯片的最大電流來自于驅(qū)動功率mos管的消耗，簡單的計(jì)算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導(dǎo)通時(shí)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(diǎn)，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(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。要注意，大多數(shù)場合特別是LED市電驅(qū)動應(yīng)用，開關(guān)損害要遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅(qū)動能力和工作頻率有關(guān)，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個(gè)方面解決：A、不能片面根據(jù)導(dǎo)通電阻大小來選擇MOS功率管，因?yàn)閮?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(shí)，夠用就可以了。B、剩下的就是頻率和芯片驅(qū)動能力了，這里只談頻率的影響。頻率與導(dǎo)通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時(shí)，首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧!不過要注意，當(dāng)頻率降低時(shí)，為了得到相同的負(fù)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(dǎo)致電感進(jìn)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(gè)負(fù)載電容了。

 

4、工作頻率降頻

 

這個(gè)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(gè)方面導(dǎo)致。輸入電壓和負(fù)載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對于前者，注意不要將負(fù)載電壓設(shè)置的太高，雖然負(fù)載電壓高，效率會高點(diǎn)。對于后者，可以嘗試以下幾個(gè)方面：a、將最小電流設(shè)置的再小點(diǎn)；b、布線干凈點(diǎn)，特別是sense這個(gè)關(guān)鍵路徑；c、將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感；d、加RC低通濾波吧，這個(gè)影響有點(diǎn)不好，C的一致性不好，偏差有點(diǎn)大，不過對于照明來說應(yīng)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(qū)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(gè)現(xiàn)象，直接調(diào)節(jié)sense電阻或者工作頻率達(dá)到需要的電流，這樣做可能會嚴(yán)重影響LED的使用壽命。所以說，在設(shè)計(jì)前，合理的計(jì)算是必須的，如果理論計(jì)算的參數(shù)和調(diào)試參數(shù)差的有點(diǎn)遠(yuǎn)，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時(shí)，L會變小，導(dǎo)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(shù)是近幾年研究的熱點(diǎn)，主要應(yīng)用于低壓大電流領(lǐng)域，其目的是為了解決續(xù)流管的導(dǎo)通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導(dǎo)通電阻較大，應(yīng)用在大電流場合時(shí)，損耗很大。用導(dǎo)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(shí)對驅(qū)動電路提出了更高的要求。

 

此外，對Buck電路應(yīng)用同步整流技術(shù)，用MOS管代替二極管后，電路從拓?fù)渖险狭薆uck和Boost兩種變換器，為實(shí)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(yīng)用價(jià)值，如應(yīng)用于混合動力電動汽車時(shí)，輔以三相可控全橋電路，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電。

 

 

 

 

 

32.MOS管續(xù)流二極管

 

同步整流技術(shù)是近幾年研究的熱點(diǎn)，主要應(yīng)用于低壓大電流領(lǐng)域，其目的是為了解決續(xù)流管的導(dǎo)通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導(dǎo)通電阻較大，應(yīng)用在大電流場合時(shí)，損耗很大。用導(dǎo)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(shí)對驅(qū)動電路提出了更高的要求。

 

此外，對Buck電路應(yīng)用同步整流技術(shù)，用MOS管代替二極管后，電路從拓?fù)渖险狭薆uck和Boost兩種變換器，為實(shí)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(yīng)用價(jià)值，如應(yīng)用于混合動力電動汽車時(shí)，輔以三相可控全橋電路，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電。

 

l 工作原理

 

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