[经验心得] MOS管在功放中应用的探讨

  [复制链接] 查看: 487941|回复: 658

8

主题

24

好友

619

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
24705
帖子
419
精华
1
经验
619 点
金钱
429 ¥
注册时间
2007-7-16
发表于 2012-11-23 22:27 | 显示全部楼层
MOS管跟三极管的区别;
MOS管是电压控制器件,它只要小量的Qg驱动电流就能动作了。
而三极管是电流驱动器件。B极电流越大,IC就越大。
MOS管到底好在哪里呢。好就好在它的电流控制能力。同样的15A的管子,三极管要达到15A输出,可能Ib都要达到1、2A了,(放大倍数不是线性的)。这给推动级很大的压力。而MOS不会,它还是同样的Qg充电电流就可以应付。而且MOS的过载能力很强,瞬态下Id会达到额定的10倍多而不会烧坏。
如下图是短路测试波形,此时就就是正温系数MOS管的最大电流了(根据Vgs的大小不同而不同):
1短路电流.gif
2MOS等效.gif
现在用在音响上的功率MOS又分正温和负温管,如K1058等是负温管,温度越高同样的Vgs得到的ID越小。IRFP240等是正温管,温度越高,Vgs开启电压越低,同样的Vgs下得到的ID越大。(但温度越高耗散功率会越小,可控的电流也会越小)
那么这两种MOS在音响应用中有什么区别呢?
负温管会自动温度补偿,所以无需温补,还有个好处就是:就算管子不配对都可以直接并管工作,不会对性能产生太大影响,甲类下每只管都有电流流过,不会有管子截止,电流会因为各管的温度不平衡而达到电流的趋平衡。正因为负温管会随温度影响电流变小,所以,有大能量的声音时,晶圆的热瞬时升高后电流下降导致脚软。音色表现为松松散散,中高音不错。要想得到好点的低音还得多多并管才行。
正温管就没那么好伺候了。它对温度很敏感,温度变化一两度,Vgs就变化很大了。100度温差下Vth(开启电压)相差有1V多,多么恐怖啊,配管时,手拿久一点配出来的Vth就不对了,你没法保证每只管子的温度是相同的,就没法保证你配出来的管子是配对的。但正因为它是正温的,所以电流控制能力超强,能量源源不断的送给喇叭,动态凌厉。又因为MOS输入特性跟电容一样,其本身可以过滤掉音频的毛刺,使声音更圆润。如图是一只MOS的等效:
3等效.gif
如下是MOS的输入特性。
4D010.gif
MOS的结构;
        MOS是由一个一个的小晶圆胞并联而成,晶圆和铜基之间用银桨粘合,MOS管的内部等

5器件.gif
MOS管的配对
        MOS管的配对精度要求和三极管不同,三极管在100度变化范围内BE极电压的变化率在20~40mV之间(1mA下测试)。而MOS管在100度变化范围内GS间电压的变化率在1V~1.4V之间(同样1mA下测试)。相差太远,两种根本不能按同样标准来配对。
        那么,MOS和三极管的配对区别在哪里?
        三极管配对,除了放大倍数要配对外,BE极的配对也要精准,越精准越好,特别是在差分场合应用时,(精度高的话就可以把差分输入的两只射极电阻去掉,这两只电阻影响速度)。然而,三极管的BE配对不易。最好配对到0.001V左右。
        而MOS管的配对的话就不简单了,Vth配对(开启电压),Vplateau配对(平台电压、跨导),Qgon(总充电荷),Qgd(米勒反馈电荷)。
        Vth配对,1,虽然可以把Vth配对到0.001V左右,但是这个电压值对MOS来说没有任何意义,因为MOS对温度相当敏感,手拿MOS一下,再去测试,这个电压已经漂了十几mV了。2,测试Vth也有要求,美军标中规定是用0.25mA测试,这是由于它要测出最先导通的MOS Cell的最低电压,但如果用于MOS配对用于音响的话并不实用,因为最先导通的MOS Cell电压并不能真实的对应到我们应用中所需要的Vth,也就是说配出来的管子应用的时候有差别。试验得到用1mA测得的Vth比较理想。
        Vplateau配对,平台电压能真实的反映出器件的跨导,也就是Gate多少V对映Drain上的电流是多少。这个也有要求,电流越小,曲线重合度越高,电流越大,重合度越差,所以,小电流下能测出配对精度高的管子,但应用的时候就偏了,也就是小电流下不适合做配
对。小电流和大电流的分界在哪里呢,比如IRFP140,100V,30A的器件,如果小于5A测试就是小电流。

6曲线.gif



为什么要用这么大电流测试呢,我们平时用的时候不一定用到这么大电流啊?
        大电流测试就是为了让器件瞬间发热,(同样的测试时间,正常的器件发热量相同)
        MOS管应用是跟管耗有关的,也就是热阻有关,器件发热越大,可控的电流越小,功率也会越小。比如这个IRFP140它的功率下降系数是1.2W每度,在25度时最大功率180W,当晶圆上升到125度时,功率只有60W了,不要以为125度很高,在散热片上你能摸到的温度也就五,六十度的样子(看你用的什么绝缘垫片和多大的散热片)。
        正因为它跟温度的关系很大,所以测试时,器件工作在大电流下,瞬间的温升不能正常的由晶圆传到铜基(由于晶圆和铜基之间粘合的银桨中气泡含量导致)。晶圆温升很大,导致可控电流下降。所以,小电流测试可以做到很配对,大电流下和温度升高时这些配对管就变得不配对了。
        那么,多少电流下测试配对比较理想呢。
        试验证明是在参数所标的电流的一半到三分之二之间,太低了配出的管子无意义,太高了就很难配出管子了。
        那么,既然温度对MOS很敏感,那可不可以加热了再测试配对,这样不是更好?
        想法是好的,但是你无法保证你所测试的每一只管子的温度都是相同的,所以,无法配出配对管。
        MOS管的应用温度是多少合适呢?
        温度恒定下来后最好要保证晶圆的温度不要超过125度,也就是铜基的温度在105度左右,散热片在50~70度(要看用的绝缘垫片,绝缘垫片的好坏直接影响器件的散热。还有散热器大小)。超过这个温度管子的配对性就开始下降了。

MOS管的配对精度要求,
        MOS管的精度主要是在温度上,因为它随温度的变化太大。开启电压Vth和跨导电压Vplateau精度在0.01V就很高了,再高没意义了。

Qgon配对:Qgon的意思就是在预定电流下把器件开启需要的电荷量,电荷量相同的开启时间也相同,没有相移。
Qgd配对:Qgd的意思是就米勒反馈电荷量,也就是开启过程中Vdain上的dv/dt相同。


MOS管应用及要领。

先来了解一下什么是Qg吧。从Qg的波形中就可以看出要如何去应用这颗器件!Qg的意思是Gate Charge,意思就是栅电荷。我们知道MOS是电压控制器件,Gate加电压就能控制器件的开启。这只是静态的说法。实际上Gate跟Source和Drain之间会是一种电容状态。Gate的控制电压并不是马上就能加载上去,而是像电容一样充到一定电压了,器件就开启了。。所以,一个器件的Qg大小直接影响到它的开启、关闭的速度。
        有人会问了,那不是Qg越小越好?
        Qg小当然是好事,这代表这个器件速度会很快,但事情总不会是完美的,工艺不好的器件Qg虽然小了,但是米勒反馈频率很高,很容易振荡。

Qg测试原理:
7D018.gif

Qg各参数对应的波形位置

8D01.gif
9Qg分析1.gif

雪崩测试原理及MOS为什么出厂前要做雪崩测试:
雪崩波形:

10Hss-1.gif
雪崩测试原理
11雪崩分析1.gif
比较差的器件雪崩波形:
12D003.gif
13分析1.gif

先到这里吧!!!其它之后再写!
3等效.gif

评分

参与人数 23经验 +51 魅力 +47 HD币 +50 贡献值 +2 收起 理由
lbx + 2 很给力!
xg913 + 2 赞一个!
liujingwu + 2 + 2 很给力!
akg-audio + 2 + 2 很给力!
电压基准 + 2 好知识

查看全部评分

448

主题

5

好友

2098

积分
     

罗宾汉 当前离线

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

UID
506552
帖子
8077
精华
0
经验
2098 点
金钱
1753 ¥
注册时间
2012-6-26
发表于 2012-11-23 22:32 | 显示全部楼层
先顶起来再看

15

主题

0

好友

316

积分

业余侠客 当前离线

Rank: 4

UID
232587
帖子
1869
精华
0
经验
316 点
金钱
278 ¥
注册时间
2010-8-23
发表于 2012-11-23 22:38 | 显示全部楼层
学习了,难怪。。。困惑了好多年

8

主题

24

好友

619

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
24705
帖子
419
精华
1
经验
619 点
金钱
429 ¥
注册时间
2007-7-16
 楼主| 发表于 2012-11-23 22:46 | 显示全部楼层
本人从事MOS管测试领域多年,对MOS管还算比较了解,有什么不解的可以提提问,我知道的可以回答一下

15

主题

0

好友

573

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
443030
帖子
1356
精华
0
经验
573 点
金钱
559 ¥
注册时间
2011-11-24
发表于 2012-11-23 22:51 | 显示全部楼层
好贴啊!正需要。

8

主题

24

好友

619

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
24705
帖子
419
精华
1
经验
619 点
金钱
429 ¥
注册时间
2007-7-16
 楼主| 发表于 2012-11-23 22:55 | 显示全部楼层
22短路电流.gif

上图中不清淅。重粘一张

122

主题

5

好友

6117

积分

贵宾 当前离线

Rank: 3Rank: 3

UID
286495
帖子
10889
精华
0
经验
6117 点
金钱
5574 ¥
注册时间
2011-1-26

论坛贵宾

发表于 2012-11-23 23:00 | 显示全部楼层
感谢楼主不吝分享!

15

主题

0

好友

573

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
443030
帖子
1356
精华
0
经验
573 点
金钱
559 ¥
注册时间
2011-11-24
发表于 2012-11-23 23:46 | 显示全部楼层
请教楼主是不是负温的场管比正温的易配对。还有在同一状态下正温的管子比负温的管子做功放更好。

15

主题

0

好友

573

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
443030
帖子
1356
精华
0
经验
573 点
金钱
559 ¥
注册时间
2011-11-24
发表于 2012-11-23 23:50 | 显示全部楼层
还有当一台原来是正温管子改负温管子,需要改动什么地方呢?先谢谢了。

10

主题

1

好友

1464

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
92054
帖子
1781
精华
0
经验
1464 点
金钱
1441 ¥
注册时间
2009-3-28
发表于 2012-11-24 00:23 | 显示全部楼层
标题都让人不爽。

我还以为MOS是三极管呢,晕

7

主题

0

好友

645

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
22638
帖子
743
精华
0
经验
645 点
金钱
617 ¥
注册时间
2007-5-15
发表于 2012-11-24 01:14 | 显示全部楼层
这么好的资料一定要顶!谢谢楼主分享!

5

主题

0

好友

1920

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
28393
帖子
2199
精华
0
经验
1920 点
金钱
1940 ¥
注册时间
2007-10-8
发表于 2012-11-24 01:30 | 显示全部楼层
谢谢,复习了

8

主题

24

好友

619

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
24705
帖子
419
精华
1
经验
619 点
金钱
429 ¥
注册时间
2007-7-16
 楼主| 发表于 2012-11-24 08:52 | 显示全部楼层
回复 8# W57PC

负温管是比较容易配对,无需配对你也可以直接上,它的开启电压很低,你只要在应用的时候调些静态电流,Gate加些电压就可以直接并管了。
负温管是针对功放等家用产品开发的功率管,无法用于开关电源等比较普遍的用途。所以量不大,比较贵。。
负温管的Rdson很大,用于开关电源等地方时效率低,而且功率不稳。

负温管的驱动力是无法跟正温管比的。因为它的低频很难比过三极管!!

8

主题

24

好友

619

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
24705
帖子
419
精华
1
经验
619 点
金钱
429 ¥
注册时间
2007-7-16
 楼主| 发表于 2012-11-24 08:58 | 显示全部楼层
回复 9# W57PC

负温的无需温补,所以你原来的温补可以去掉,用电阻代替,也可以把温补管立在PCB上,不贴在散热器上。把偏压减小,负温管无需太高偏压。能让每只管有导通电流就行了。

2

主题

2

好友

1504

积分
     

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
292371
帖子
1472
精华
0
经验
1504 点
金钱
1425 ¥
注册时间
2011-2-15
发表于 2012-11-24 09:01 | 显示全部楼层
好贴~

11

主题

0

好友

241

积分

业余侠客 当前离线

Rank: 4

UID
39177
帖子
353
精华
0
经验
241 点
金钱
222 ¥
注册时间
2008-4-2
发表于 2012-11-24 09:02 | 显示全部楼层
谢谢好资料

33

主题

7

好友

1793

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
532639
帖子
1574
精华
0
经验
1793 点
金钱
1549 ¥
注册时间
2012-10-2
发表于 2012-11-24 09:16 | 显示全部楼层
好资料。

33

主题

7

好友

1793

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
532639
帖子
1574
精华
0
经验
1793 点
金钱
1549 ¥
注册时间
2012-10-2
发表于 2012-11-24 09:32 | 显示全部楼层
请问楼主:在参数中,那一项区分是正温度系数或负温度系数。

15

主题

0

好友

573

积分
     

职业侠客 当前离线

Rank: 5Rank: 5

UID
443030
帖子
1356
精华
0
经验
573 点
金钱
559 ¥
注册时间
2011-11-24
发表于 2012-11-24 09:39 | 显示全部楼层
回复 13# lysohu


    太感谢楼主的回答,受益匪浅

29

主题

1

好友

1362

积分

侠之大者 当前离线

Rank: 6Rank: 6

UID
448289
帖子
2189
精华
0
经验
1362 点
金钱
1346 ¥
注册时间
2011-12-1
发表于 2012-11-24 09:41 | 显示全部楼层
假如我想做一台80W的功放,2对管,要求温暖细腻,低频比较松,请问:选哪一种管子比较合适,具体推荐几对管子,谢谢您!
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2012 Comsenz Inc.

返回顶部