delld600系列上电原理很详细

1、delld600系列上电原理很详细 第四章 Notebook电源 一基本知识 笔记本的高度集成化对电源输出电压和功 率的稳定性要求越来越高.PWM(pulse wide model)电源无疑是各个厂商的首选. 以下将从基本功率MOSFET的工作原 理,NOTEBOOK的上电时序及结合分析实际 的电源电路的原理等方面入手阐述 Notebook的上电过程 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 MOSFET 所谓MOSFET指的是金属氧化半导体 （ (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）组成其结构就如同字面上的意义是 由金属，

2、氧化层及半导体构成包括NMOS和 PMOS若將这二种MOS合在一起使用则称为互 补式金属半导体，即MOSFET CMOS （Complementary MOS）。 CMOS的优点为操作比较省电，因此一般电路布 局设计就是以CMOS为基本单元來设计。 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 PMOS简介 PMOS，指的是利用 空穴來传导电性信号 的金氧半导体。 PMOS的电路符号如 下图，而其结构则如 右图所示，是由正型 掺杂形成的漏极(drain) 及源极(source)，与闸 极(gate)及闸极下面的 氧化层所构成。 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 PMOS的工作原

3、理 当在闸极(gate)施以负 偏压时，就会在氧化 层下方薄区内感应出 许多电洞，当在源极 (source)施加一个偏压 之后，聚集的电洞就 可经由源极(source)与 漏极(drain)之间的通 道导通。 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 NMOS的简介 NMOS，指的是利用 电子来传导电性信号 的金氧半晶体管。 NMOS的电路符号如 下图，而其结构图如 左图所示，是由负型 掺杂形成的漏极与源 极，与在氧化层上的 闸极所构成。 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 NMOS的工作原理 当在闸极施以正偏压 时，就会在氧化层下 方薄区内感应出许多 电子。当在漏极施加 一

4、个偏压之后，聚集 的电子就可经由源极 与漏极之间的电子信 道导通。 以下将详细介绍 NMOS的工作特性 delld600系列上电原理很详细 N沟道增强型MOSFET的结构 P型衬底 B SiO2 N+N+ S D G 取一块P型半导体作为衬底，用 B表示。 用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜 绝缘层。 然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。 扩散两个高掺杂的N型区。从而 形成两个PN结。（绿色部分） 从N型区引出电极，一个是漏极 D，一个是源极S。 在源极和漏极之间的绝缘层上镀 一层金属铝作为栅极G。 N沟道增强型MOSFET的符号如 左图所示。左面的一个衬底在内部与 源极相连，右面的一个没有连接，使 用

5、时需要在外部连接。 D G S B D G S B delld600系列上电原理很详细 N沟道增强型MOSFET的工作原理 对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行讨 论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对沟 道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流ID产生影响。 1栅源电压UGS的控制作用 S DG P N+N+ SiO 型衬底 DS U GS U 2 =0 空穴正离子电子负离子 + 先令漏源电压UDS=0，加入栅源电 压UGS以后并不断增加。 UGS带给栅极正电荷，会将正对 SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走， 从而形成一层负离子层，即耗尽层，用

6、 绿色的区域表示。 同时会在栅极下的表层感生一定 的电子电荷，若电子数量较多，从而在 漏源之间可形成导电沟道。 沟道中的电子和P型衬底的多子导 电性质相反，称为反型层。此时若加上 UDS ，就会有漏极电流ID产生。 反型层 显然改变显然改变UGS 就会改变沟道，就会改变沟道， 从而影响从而影响ID ， 这说明这说明UGS对对ID 的控制作用。的控制作用。 0 DS U 当UGS较小时，不能形成有 效的沟道，尽管加有UDS ，也不 能形成ID 。当增加UGS，使ID刚 刚出现时，对应的UGS称为开启 电压，用UGS(th)或UT表示。 delld600系列上电原理很详细 2漏源电压UDS的控制作

7、用 设UGSUGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。 S DG P N+N+ SiO2 型衬底 DS U + GS U GS(th) U 空穴正离子电子负离子 显然漏源电压会对沟道产生影响，因 为源极和衬底相连接，所以加入UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极 和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。 所以加入UDS后，在漏源之间会形成一个 倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。 当UDS进一步增加时， ID会不断增加, 同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出 现夹断，这种状态称为预夹断。 预夹断 当UDS进一步增加时， 漏端的耗尽层 向源极伸展，此时ID基本不再增加，增加 的U

8、DS基本上降落在夹断区。 D I delld600系列上电原理很详细 N沟道增强型MOSFET的特性曲线 N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条，转移特性曲线和漏 极输出特性曲线。 1转移特性曲线 O GS U 4 3 2 1 /V D I mA/ 4321 Uth(on) 10V DS U N沟道增强型MOSFET的转移特 性曲线如左图所示，它是说明栅源电 压UGS对漏极电流ID的控制关系，可 用这个关系式来表达，这条特性曲线 称为转移特性曲线。 转移特性曲线的斜率gm反映了栅 源电压对漏极电流的控制作用。 gm 称为跨导。这是场效应三极管的一个 重要参数。 const GS D m

9、DS U U I g 单位mS（mA/V） delld600系列上电原理很详细 2漏极输出特性曲线 当UGSUGS(th)，且固定为某一值时，反映UDS对ID的影响，即 ID=f(UDS)UGS=const这一关系曲线称为漏极输出特性曲线。 场效应三极管作为放大元件使用时，是工作在漏极输出特性曲线 水平段的恒流区，从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改变 UGS可以明显改变漏极电流ID，这就意味着输入电压对输出电流的控制 作用。 O V2 GS U V3 V5 . 3 V4 D I mA/ 15105 DS U /V 恒流区 . 曲线分五个区域： （1）可变电阻区 （2）恒流区（放大区

10、） （3）截止区 （4）击穿区 （5）过损耗区 可变电阻区 截止区 击穿区 过损耗区 delld600系列上电原理很详细 O V2 GS U V3 V5 . 3 V4 D I mA/ 15105 DS U /V 恒流区 . 从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下： O GS U 4 3 2 1 /V D I mA/ 4321 UGS(th) 10V DS U delld600系列上电原理很详细 N沟道耗尽型MOSFET S DG P N+N+ SiO2 型衬底 D G S B B + 0 4321 6 5 4 3 2 1 /mA /V D GS I U IDSS UGS(off) N

11、沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如下图所示，它是在栅极下方的 SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经 感生出电子形成导电沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。 当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS0时，将使ID进一 步增加。UGS0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对 应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟 道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如右上图所示。 夹断电压 IDSS delld600系列上电原理很详细 关于场效应管符号的说明： D G S B D G S B D

12、 G S B S G D N沟道增强 型MOS管， 衬底箭头向 里。漏、衬 底和源、分 开，表示零 栅压时沟道 不通。 表示衬底 在内部没 有与源极 连接。 N沟道耗 尽型MOS 管。漏、 衬底和源 不断开表 示零栅压 时沟道已 经连通。 N沟道结 型MOS管。 没有绝缘 层。 如果是P沟道，箭头则向外。 delld600系列上电原理很详细 一基本知识 CMOS的简介 CMOS的电路符号如 右下图，组件横截面 图则如右上图所示。 若将PMOS及NMOS 的闸极相连，且将 PMOS及NMOS的汲 极相连，即为一个基 本的反向器(inverter， 左下图)。 delld600系列上电原理很详细

13、一基本知识 CMOS 的工作原理(1) 当输入端(Vin)输入为 高电压(1)时，NMOS 导通，而PMOS不导 通，所以输出端(Vout) 为低电压(0)。 delld600系列上电原理很详细 二JMX上电时序 通过上面的介绍我们对MOSFET的导电特 性有了一个了解在Notebook上的电源部 分都是通分应用其特性通过一些控制电路 来实现DC/DC的转换为Notebook提供所需 工作电压. 下面将以JMX为例简单介绍Notebook的上 电时序,让大家建立起时序的概念,从而在维 修中有一些指导意义. delld600系列上电原理很详细 Check ACAV_IN=H Check 5val

14、w=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 Q76PIN4 Check Q49PIN1,2,3 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上电时序图

15、: delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 接上页: Check RUNPWROK=H Check PCIRST#=H Checkpoint(Q81:1.5V; PU4:1.8V; Q69:3.3V; Q77:5V; U44:1.8V; PU3:1.25V; U37:1.5V; U42:2.5V Check PU2 Check U114 PIN1 Check PU1 Check VTT=1.05V Check VCC1_2MCH=1.2V DELAY-IMVP-PWRGD Check VHCORE=0.7-1.5V C

16、heck U77 PIN6 Check U81 PIN U5 Check RUN Volt(1.5; 1.8; 3.3; 5; 1.8; 1.25; 2.5 ) no no no no no no delld600系列上电原理很详细 外接电源功率侦察 二. JMX上电时序 Power connector: 压敏电阻 DC_IN开 启电压 VOLT delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 ACAV_IN: Adapter 供电时 ACAV_IN=H; Batter供电时 ACAV_IN=L delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 PM: SLP_S3# 作为R

17、UN_ON的前端 信号,在Suspend状态时置低 delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 RUN_ON: RUN_ON_5V# =L;Q84截止； Q84,PIN3=H; Q77导通 RUN_ON=H; RUN_ON_5V#=L; delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 Vtt,Vcc1_2_MCH: RUNPWROK作为 Vtt,Vcc1_2_MCH的 控制信号 delld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 以下是RUNPWROK信号以前的逻辑关系图，在维修中可 以利用反推法从其后往前逐个往后查从而找出 不良原因. RUNPWR OK del

18、ld600系列上电原理很详细 二. JMX上电时序 PCIRST#信号前面 信号检测点 delld600系列上电原理很详细 三SC1476原理图 SC1476原理图: sc1476有Burst、Skip跳频、PWM三种工作模式。当CPU轻载时，电源转换器将进入Skip跳频模式。 在跳频模式，电源转换器的工作效率很高。当负载电流较小时，转换器效率可以达到75。而当 CPU重载时，电源转换器进入PWM模式，该模式可为CPU提供强大的电流供应。sc1476电源转换 器的工作频率为150300kHz，通过外部的电感和电阻可调节脉冲宽度来控制每个转换周期的能量 传递，以产生稳定的电压输出。 delld600系列上电原理很详细 三SC1476原理图 PWM工作模式时，内部时钟 在上升沿DH_VCORE触发接通N 沟道MOSFET PQ4，电源 VIN流过PQ4产生输出电压。 由于电感L上的电流不能突 变，因此在PQ4导通瞬间， 负载电流Iload不会改变，但 当电压稳定后当负载电流 Iload等于或超过电源转换器 设定的门限电流Ith时，电源 转