dell d600系列上電原理很詳細(xì)

1、第四章 Notebook電源,一基本知識筆記本的高度集成化對電源輸出電壓和功率的穩(wěn)定性要求越來越高.PWM(pulse wide model)電源無疑是各個廠商的首選.以下將從基本功率MOSFET的工作原理,NOTEBOOK的上電時序及結(jié)合分析實(shí)際的電源電路的原理等方面入手闡述Notebook的上電過程．,一基本知識,MOSFET所謂MOSFET指的是金屬－氧化－半導(dǎo)體（ (Metal-Oxide-Semiconductor

2、Field-Effect Transistor）組成．其結(jié)構(gòu)就如同字面上的意義是由金屬，氧化層及半導(dǎo)體構(gòu)成．包括NMOS和 PMOS．若將這二種MOS合在一起使用則稱為互補(bǔ)式金屬半導(dǎo)體，即MOSFET CMOS（Complementary MOS）。 CMOS的優(yōu)點(diǎn)為操作比較省電，因此一般電路布局設(shè)計(jì)就是以CMOS為基本單元來設(shè)計(jì)。,一基本知識,PMOS簡介 PMOS，指的是利用空穴來傳導(dǎo)電性信號的金氧半導(dǎo)體。PMOS的電路符號如下

3、圖，而其結(jié)構(gòu)則如右圖所示，是由正型摻雜形成的漏極(drain)及源極(source)，與閘極(gate)及閘極下面的氧化層所構(gòu)成。,一基本知識,PMOS的工作原理當(dāng)在閘極(gate)施以負(fù)偏壓時，就會在氧化層下方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出許多電洞，當(dāng)在源極(source)施加一個偏壓之后，聚集的電洞就可經(jīng)由源極(source)與漏極(drain)之間的通道導(dǎo)通。,一基本知識,NMOS的簡介NMOS，指的是利用電子來傳導(dǎo)電性信號的金氧半晶體管。NM

4、OS的電路符號如下圖，而其結(jié)構(gòu)圖如左圖所示，是由負(fù)型摻雜形成的漏極與源極，與在氧化層上的閘極所構(gòu)成。,一基本知識,NMOS的工作原理當(dāng)在閘極施以正偏壓時，就會在氧化層下方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出許多電子。當(dāng)在漏極施加一個偏壓之后，聚集的電子就可經(jīng)由源極與漏極之間的電子信道導(dǎo)通。以下將詳細(xì)介紹NMOS的工作特性．,N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu),取一塊P型半導(dǎo)體作為襯底，用B表示。,用氧化工藝生成一層SiO2 薄膜絕緣層。,然后用光刻工藝腐蝕出兩

5、個孔。,擴(kuò)散兩個高摻雜的N型區(qū)。從而形成兩個PN結(jié)。（綠色部分）,從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。,在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。,N溝道增強(qiáng)型MOSFET的符號如左圖所示。左面的一個襯底在內(nèi)部與源極相連，右面的一個沒有連接，使用時需要在外部連接。,N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理,對N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)三極管的工作原理，分兩個方面進(jìn)行討論，一是柵源電壓UGS對溝道會產(chǎn)生影響，二是漏源電壓UDS也

6、會對溝道產(chǎn)生影響，從而對輸出電流，即漏極電流ID產(chǎn)生影響。,1．柵源電壓UGS的控制作用,先令漏源電壓UDS=0，加入柵源電壓UGS以后并不斷增加。,UGS帶給柵極正電荷，會將正對SiO2層的表面下的襯底中的空穴推走，從而形成一層負(fù)離子層，即耗盡層，用綠色的區(qū)域表示。,同時會在柵極下的表層感生一定的電子電荷，若電子數(shù)量較多，從而在漏源之間可形成導(dǎo)電溝道。,溝道中的電子和P型襯底的多子導(dǎo)電性質(zhì)相反，稱為反型層。此時若加上UDS ，就會有漏

7、極電流ID產(chǎn)生。,反型層,當(dāng)UGS較小時，不能形成有效的溝道，盡管加有UDS ，也不能形成ID 。當(dāng)增加UGS，使ID剛剛出現(xiàn)時，對應(yīng)的UGS稱為開啟電壓，用UGS(th)或UT表示。,2．漏源電壓UDS的控制作用,設(shè)UGS＞UGS(th)，增加UDS，此時溝道的變化如下。,顯然漏源電壓會對溝道產(chǎn)生影響，因?yàn)樵礃O和襯底相連接，所以加入UDS后， UDS將沿漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏極和襯底之間反偏最大，PN結(jié)的寬度最大。所以加入

8、UDS后，在漏源之間會形成一個傾斜的PN結(jié)區(qū)，從而影響溝道的導(dǎo)電性。,當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時， ID會不斷增加,同時，漏端的耗盡層上移，會在漏端出現(xiàn)夾斷，這種狀態(tài)稱為預(yù)夾斷。,預(yù)夾斷,當(dāng)UDS進(jìn)一步增加時， 漏端的耗盡層向源極伸展，此時ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夾斷區(qū)。,N溝道增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線 N溝道增強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線有兩條，轉(zhuǎn)移特性曲線和漏極輸出特性曲線。1．轉(zhuǎn)移特性曲線,N溝道增

9、強(qiáng)型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如左圖所示，它是說明柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制關(guān)系，可用這個關(guān)系式來表達(dá)，這條特性曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。,轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 gm稱為跨導(dǎo)。這是場效應(yīng)三極管的一個重要參數(shù)。,,單位mS（mA/V）,2．漏極輸出特性曲線 當(dāng)UGS＞UGS(th)，且固定為某一值時，反映UDS對ID的影響，即ID=f(UDS)?UGS=const這一關(guān)系曲線稱為漏

10、極輸出特性曲線。,場效應(yīng)三極管作為放大元件使用時，是工作在漏極輸出特性曲線水平段的恒流區(qū)，從曲線上可以看出UDS對ID的影響很小。但是改變UGS可以明顯改變漏極電流ID，這就意味著輸入電壓對輸出電流的控制作用。,曲線分五個區(qū)域：,（1）可變電阻區(qū),（2）恒流區(qū)（放大區(qū)）,（3）截止區(qū),（4）擊穿區(qū),（5）過損耗區(qū),可變電阻區(qū),截止區(qū),擊穿區(qū),過損耗區(qū),從漏極輸出特性曲線可以得到轉(zhuǎn)移特性曲線，過程如下：,N溝道耗盡型MOSFET,N溝道耗

11、盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如下圖所示，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了一定量的正離子。所以當(dāng)UGS=0時，這些正離子已經(jīng)感生出電子形成導(dǎo)電溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。,當(dāng)UGS=0時，對應(yīng)的漏極電流用IDSS表示。當(dāng)UGS＞0時，將使ID進(jìn)一步增加。UGS＜0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示，有時也用UP表示。N溝道耗盡型MOSFE

12、T的轉(zhuǎn)移特性曲線如右上圖所示。,夾斷電壓,IDSS,關(guān)于場效應(yīng)管符號的說明：,N溝道增強(qiáng)型MOS管，襯底箭頭向里。漏、襯底和源、分開，表示零柵壓時溝道不通。,表示襯底在內(nèi)部沒有與源極連接。,N溝道耗盡型MOS管。漏、襯底和源不斷開表示零柵壓時溝道已經(jīng)連通。,N溝道結(jié)型MOS管。沒有絕緣層。,,,,,如果是P溝道，箭頭則向外。,一基本知識,CMOS的簡介CMOS的電路符號如右下圖，組件橫截面圖則如右上圖所示。若將PMOS及NMOS的閘極

13、相連，且將PMOS及NMOS的汲極相連，即為一個基本的反向器(inverter，左下圖)。,一基本知識,CMOS 的工作原理(1) 當(dāng)輸入端(Vin)輸入為高電壓(1)時，NMOS導(dǎo)通，而PMOS不導(dǎo)通，所以輸出端(Vout)為低電壓(0)。,二JMX上電時序,通過上面的介紹我們對MOSFET的導(dǎo)電特性有了一個了解．在Notebook上的電源部分都是通分應(yīng)用其特性通過一些控制電路來實(shí)現(xiàn)DC/DC的轉(zhuǎn)換為Notebook提供所需工作電壓

14、.下面將以JMX為例簡單介紹Notebook的上電時序,讓大家建立起時序的概念,從而在維修中有一些指導(dǎo)意義.,Check ACAV_IN=H,Check 5valw=5v,Check +pwr src=19v,Check +3vsrc=3.3v,Check 3valw=3.3v,VCC1_PWROK=H,Check SUS_ON=H,Check pwr_sw#=low pulse,Check Q76PIN4Check Q49PIN1

15、,2,3,POWER SUPPLY,Check u25 PIN3=H,Check USIO1pin B13,Check Dash board,Check U20 PIN2,Check U94 PIN3,Check u68 PIN3,Check U95pin1,,,,,,,,,,,,,,,,,no,no,no,no,no,no,no,no,JMX上電時序圖:,二. JMX上電時序,二. JMX上電時序,接上頁:,no,no,,no,no,

16、no,no,外接電源功率偵察,二. JMX上電時序,Power connector:,,,壓敏電阻,DC_IN開啟電壓４VOLT,,二. JMX上電時序,ACAV_IN:,Adapter 供電時ACAV_IN=H;Batter供電時ACAV_IN=L,,二. JMX上電時序,PM:,SLP_S3# 作為RUN_ON的前端信號,在Suspend狀態(tài)時置低,,二. JMX上電時序,RUN_ON:,RUN_ON_5V#=L;Q84截止；Q

17、84,PIN3=H;Q77導(dǎo)通,RUN_ON=H;RUN_ON_5V#=L;,,,,,二. JMX上電時序,Vtt,Vcc1_2_MCH:,RUNPWROK作為Vtt,Vcc1_2_MCH的控制信號,,,,二. JMX上電時序,以下是RUNPWROK信號以前的邏輯關(guān)系圖，在維修中可以利用反推法從其后往前逐個往后查．從而找出 不良原因.,RUNPWROK,,二. JMX上電時序,,PCIRST#信號前面信號檢測點(diǎn)．,,,,,三SC1

18、476原理圖,SC1476原理圖:,sc1476有Burst、Skip跳頻、PWM三種工作模式。當(dāng)CPU輕載時，電源轉(zhuǎn)換器將進(jìn)入Skip跳頻模式。在跳頻模式，電源轉(zhuǎn)換器的工作效率很高。當(dāng)負(fù)載電流較小時，轉(zhuǎn)換器效率可以達(dá)到75％。而當(dāng)CPU重載時，電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)入PWM模式，該模式可為CPU提供強(qiáng)大的電流供應(yīng)。sc1476電源轉(zhuǎn)換器的工作頻率為150～300kHz，通過外部的電感和電阻可調(diào)節(jié)脈沖寬度來控制每個轉(zhuǎn)換周期的能量傳遞，以產(chǎn)生穩(wěn)定的

19、電壓輸出。,三SC1476原理圖,PWM工作模式時，內(nèi)部時鐘在上升沿DH_VCORE觸發(fā)接通N溝道MOSFET PQ4，電源VIN流過PQ4產(chǎn)生輸出電壓。由于電感L上的電流不能突變，因此在PQ4導(dǎo)通瞬間，負(fù)載電流Iload不會改變，但當(dāng)電壓穩(wěn)定后當(dāng)負(fù)載電流Iload等于或超過電源轉(zhuǎn)換器設(shè)定的門限電流Ith時，電源轉(zhuǎn)換器將自動關(guān)閉頂端PQ4 ，同時DL_VCORE打開底端PQ6以完成一個周期循環(huán)。,,,三SC1476原理圖,減少紋波電流,

20、為Cout提供充電電流,SC1476內(nèi)部電流監(jiān)測引腳SENSE＋、SENSE－分別與電流檢測電阻Rsense的兩端相連，以監(jiān)測負(fù)載電路紋波電流ΔIripple和最大導(dǎo)通電流IMAX，,二極管PD2和PD3作用于MOSFETdead－time死區(qū)時期，以在電感L和負(fù)載電路之間構(gòu)成放電環(huán)路，并防止底端MOSFET反向?qū)?，從而達(dá)到保護(hù)MOS－FET，提高工作效率之目的。,,,,,當(dāng)CPU由輕載瞬間變?yōu)橹剌d時，由于此時電源轉(zhuǎn)換器并未反應(yīng)，其

21、CPU負(fù)載電流均由輸出電容COUT提供，此時的VOUT（輸出電壓）等于ΔI（負(fù)載電流變化量）與ESR（COUT等效串聯(lián)電阻）的乘積，之后CPU將改變電壓VID值，并輸出至電源轉(zhuǎn)換器。,,,,小結(jié):以上對SC1476的工作方式和其外圍元件的功用有了一些分析,其實(shí)其他電源控制器(MAX1632,SC1486等)都有異曲同工之妙.大家可以參照以上分析在工作中自己分析其它的電源控制器的工作特性,找出規(guī)律,為自己的工作服務(wù).以下附上SC148