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1、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,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，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
2、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。,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。,一基本知识,PMOS的工作原理 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
3、的通道导通。,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。,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,N沟道增强型MOSFET的结构,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
4、）,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，使用时需要在外部连接。,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,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
5、成一层负离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。,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,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。,2漏源电压UDS的控制作用,设UGSUGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。,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
6、，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UDS基本上降落在夹断区。,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,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
7、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。,单位mS（mA/V）,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。,曲线分五个区域：,（1）可变电阻区,（2）恒流区（放大区）,（3）截止区,（4）击穿区,（5）
8、过损耗区,可变电阻区,截止区,击穿区,过损耗区,从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下：,N沟道耗尽型MOSFET,N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。
9、,夹断电压,IDSS,关于场效应管符号的说明：,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。,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)。,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
10、导通，所以输出端(Vout)为低电压(0)。,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.,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
11、#=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:,二. JMX上电时序,二. JMX上电时序,接上页:,no,no,no,no,no,no,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V
12、OLT,二. JMX上电时序,ACAV_IN:,Adapter 供电时ACAV_IN=H; Batter供电时ACAV_IN=L,二. JMX上电时序,PM:,SLP_S3# 作为RUN_ON的前端信号,在Suspend状态时置低,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;,二. JMX上电时序,Vtt,Vcc1_2_MCH:,RUNPWROK作为Vtt,Vcc1_2_MCH的控制信号,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
13、后往前逐个往后查从而找出 不良原因.,RUNPWROK,二. JMX上电时序,PCIRST#信号前面信号检测点,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。,三SC1476原理图,PWM工作
14、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，电源转换器将自动关闭顶端PQ4 ，同时DL_VCORE打开底端PQ6以完成一个周期循环。,三SC1476原理图,减少纹波电流,为Cout提 供充电电流,SC1476内部电流监测引脚SENSE、SENSE分别与电流检测电阻Rsense的两端相连，以监测负载电路纹波电流Iripple和最大导通电流IMAX，,二极管PD2和PD3作用于M
15、OSFETdeadtime死区时期，以在电感L和负载电路之间构成放电环路，并防止底端MOSFET反向导通，从而达到保护MOSFET，提高工作效率之目的。,当CPU由轻载瞬间变为重载时，由于此时电源转换器并未反应，其CPU负载电流均由输出电容COUT提供，此时的VOUT（输出电压）等于I（负载电流变化量）与ESR（COUT等效串联电阻）的乘积，之后CPU将改变电压VID值，并输出至电源转换器。,小结: 以上对SC1476的工作方式和其外围元件的功用有了一些分析,其实其他电源控制器(MAX1632,SC1486等)都有异曲同工之妙.大家可以参照以上分析在工作中自己分析其它的电源控制器的工作特性,找出规律,为自己的工作服务. 以下附上SC1486各PIN的功能供大家参考.,SC1486:,PIN功能:,
