شرح تفصيلي لمبدأ التصميم الداخلي والتحليل الهيكلي للرقاقة

ملخص

باعتباري مهندسًا للبحث والتطوير في مجال إمدادات الطاقة، غالبًا ما أتعامل مع العديد من الرقائق. قد لا يكون بعض المهندسين على دراية بالجزء الداخلي من الشريحة. ينتقل العديد من الطلاب مباشرة إلى صفحة التطبيق الخاصة بمجموعة البيانات عند تطبيق شرائح جديدة، ويقومون ببناء الأجهزة الطرفية وفقًا للتصميم الموصى به. هذا كل شيء. بهذه الطريقة، حتى لو كان التطبيق جيدًا، يتم تجاهل التفاصيل الفنية، ولا يتم تجميع تجربة أفضل للنمو التقني الخاص بك. اليوم، مع أخذ شريحة إمداد الطاقة DC/DC المتدرجة LM2675 كمثال، يتم شرح مبدأ التصميم الداخلي وهيكل الرقائق التالية بالتفصيل.  
 دائرة التطبيق النموذجية LM2675-5.0  
   
  افتح ورقة البيانات الخاصة بـ LM2675، وألق نظرة أولاً على المخطط التفصيلي.
   
 يحتوي هذا المخطط على جميع وحدات الوحدة الداخلية لشريحة إمداد الطاقة. لقد فهمنا هيكل BUCK جيدًا. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه الشريحة في تشغيل ترانزستور MOS، وتشكيل ترانزستور MOS لطاقة محرك PWM يتم التحكم فيه عن طريق الكشف عن حالة خرج دبوس FB، وذلك لتحقيق جهد ثابت أو خرج تيار ثابت. هذا هو مصدر طاقة في الوضع غير المتزامن، أي أن الجهاز الحر هو عبارة عن ثنائي خارجي، وليس أنبوب MOS داخلي.دعونا نحلل كيفية تحقيق كل وظيفة.
  أولا،إشارة الجهد  
  على غرار مصدر الطاقة المرجعي لتصميم الدوائر على مستوى اللوحة، يوفر الجهد المرجعي الداخلي للرقاقة جهدًا مرجعيًا ثابتًا للدوائر الأخرى للرقاقة. يتطلب هذا الجهد المرجعي دقة عالية واستقرارًا جيدًا وانحرافًا صغيرًا في درجة الحرارة. ويسمى الجهد المرجعي داخل الشريحة أيضًا الجهد المرجعي لفجوة الحزمة، لأن هذا الجهد قريب من جهد فجوة الحزمة للسيليكون، لذلك يطلق عليه مرجع فجوة الحزمة. وتبلغ هذه القيمة حوالي 1.2 فولت، كما هو موضح في الشكل التالي:
 
   
  دعنا نعود إلى الكتاب المدرسي ونتحدث عن الصيغة، صيغة التيار والجهد للوصلة PN:  
   
  ويمكن ملاحظة أنه أسي، وIS هو تيار التسرب المشبع العكسي (أي تيار التسرب من تقاطع PN الناجم عن انجراف حامل الأقلية). يتناسب هذا التيار مع مساحة الوصلة PN! هو->س ..بهذه الطريقة يمكن استنتاج Vbe=VT*ln(Ic/Is)!بالعودة إلى الشكل أعلاه، وفقًا لتحليل مضخم التشغيل، VX=VY، فهو I1*R1+Vbe1=Vbe2، حتى نتمكن من الحصول على: I1=△Vbe/R1، ولأن جهود البوابة M3 وM4 نفس الشيء، I1 = I2 الحالي، لذلك تم اشتقاق الصيغة: I1=I2=VT*ln(N/R1) N هي نسبة مناطق الوصلات PN في Q1 وQ2!بالعودة إلى الشكل أعلاه، وفقًا لتحليل مضخم التشغيل، VX=VY، فهو I1*R1+Vbe1=Vbe2، حتى نتمكن من الحصول على: I1=△Vbe/R1، ولأن جهود البوابة M3 وM4 نفس الشيء، I1 = I2 الحالي، لذلك تم اشتقاق الصيغة: I1=I2=VT*ln(N/R1) N هي نسبة مناطق الوصلات PN في Q1 وQ2!بهذه الطريقة، نحصل أخيرًا على المعيار Vref=I2*R2+Vbe2. النقطة الأساسية هي أن I1 هو معامل درجة حرارة موجب، في حين أن Vbe هو معامل درجة حرارة سالب. بعد ضبط قيمة N، يمكنه تحقيق تعويض جيد لدرجة الحرارة! ويتم الحصول على جهد مرجعي مستقر. بشكل عام، تصمم الصناعة وفقًا لـ 8. من أجل تحقيق معامل درجة حرارة الصفر، يتم حساب Vref=Vbe2+17.2*VT وفقًا للصيغة، لذلك فهو حوالي 1.2 فولت. في الوقت الحاضر، يمكن تحقيق معيار أقل من 1 فولت في مجال الجهد المنخفض. إلى جانب معامل درجة الحرارة، هناك مشاكل مثل قمع PSRR لتموج مصدر الطاقة، وما إلى ذلك، والتي لا يمكن تعميقها بسبب المستوى. الرسم البياني الأخير هو مثل هذا، وتصميم مكبر الصوت التشغيلي هو بالطبع خاص جدًا:
   
  كما هو موضح في الشكل محاكاة مميزة لدرجة الحرارة:  
   
  II.مذبذب OSC وPWM
 
نحن نعلم أن المبدأ الأساسي لتحويل مصدر الطاقة هو استخدام موجة مربعة PWM لتشغيل ترانزستور الطاقة MOS، لذلك بطبيعة الحال، نحتاج إلى وحدة تولد التذبذب. المبدأ بسيط للغاية، وهو أنه يتم شحن وتفريغ المكثف لتكوين موجة مسننة ويستخدم جهاز المقارنة لتوليد موجة مربعة مع نسبة تشغيل قابلة للتعديل.
 
   
التصميم النهائي للدائرة التفصيلية هو كما يلي:
 
   
 هناك صعوبة فنية في تعويض المنحدر في الوضع الحالي، والذي يهدف إلى تثبيت المنحدر عندما تكون دورة العمل أكبر من 50%. لدي أيضًا فهم سطحي، ويمكن للطلاب المهتمين دراسته بالتفصيل.
  III.مضخم الخطأ
  تتمثل وظيفة مضخم الخطأ في أخذ عينات من جهد التغذية المرتدة لضمان إخراج تيار ثابت أو جهد ثابت. وبالتالي ضبط PWM لقيادة أنبوب MOS، كما هو موضح في الرسم البياني:
 
   
 
  IV.دائرة القيادة
 هيكل جزء القيادة الأخير بسيط للغاية، وهو أنبوب MOS بمساحة كبيرة بسعة تيار قوية.
 
   
 
  خامسا،دوائر الوحدة الأخرى
  تهدف دوائر الوحدات الأخرى هنا إلى التأكد من أن الشريحة يمكن أن تعمل بشكل طبيعي وموثوق، على الرغم من أنها ليست جوهر المبدأ، إلا أنها تحتل حقًا مكانة مهمة في تصميم الشريحة.على وجه التحديد، لديها عدة وظائف:
  1،ابدأ الوحدة   وظيفة وحدة بدء التشغيل هي بطبيعة الحال بدء تشغيل الشريحة، لأنه في لحظة التشغيل، من الممكن أن تكون جميع تيارات الترانزستور صفرًا وتبقى دون تغيير، لذلك لا يمكنها العمل. إن وظيفة بدء تشغيل الدائرة تعادل "إشعال النار" ثم إطفائها. كما هو موضح بالشكل:في لحظة التشغيل، يتم تشغيل S3 بشكل طبيعي، ومن ثم يمكن لـ S2 تشغيل M4 Q1، وما إلى ذلك، لذلك يتم تشغيل M1 M2. تعمل دائرة مصدر التيار الثابت الموجودة على اليمين بشكل طبيعي، ويتم تشغيل S1، وبالتالي يتم إيقاف تشغيل S2، واكتمل بدء التشغيل. إذا لم يكن هناك S1 S2 S3، فإن التيار اللحظي لجميع الترانزستورات هو 0.
   
  2،وحدة حماية الجهد الزائد OVP  من السهل أن نفهم أنه عندما يكون جهد الإدخال مرتفعًا جدًا، يمكن إيقاف تشغيل الإخراج بواسطة أنبوب التبديل لتجنب التلف، ويمكن ضبط نقطة الحماية بواسطة المقارنة.  
   
  3،وحدة الحماية من درجة الحرارة الزائدة OTP   حماية درجة الحرارة هي منع تلف الشريحة بسبب ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعية. المبدأ بسيط نسبيا. يتم إيقاف الخرج باستخدام خصائص درجة حرارة الترانزستور ثم تحديد نقطة الحماية من خلال المقارنة
   
  4،وحدة حماية التيار الزائد OCP  على سبيل المثال، عندما يكون الإخراج قصير الدائرة، يمكن التحكم في حالة أنبوب الإخراج عن طريق الكشف عن تيار الإخراج، ويمكن إيقاف التيار أو تقييده. كما هو موضح في الشكل، يتم أخذ عينة من تيار الترانزستور بما يتناسب مع المساحة. بشكل عام، مساحة أنبوب أخذ العينات Q2 ستكون جزءًا من الألف من مساحة أنبوب الإخراج، ومن ثم يتم التحكم في قيادة أنبوب MOS بواسطة مقارنة الجهد.
   
هناك بعض تصاميم الوحدات المساعدة الأخرى  
  VI.ومصدر تيار مستمر ومرآة تيار. 
  داخل الدائرة المتكاملة، كيفية ضبط حالة العمل لكل ترانزستور هي من خلال التيار المتحيز. يمكن القول أن دائرة مصدر التيار المستمر هي حجر الزاوية في جميع الدوائر، ويتم أيضًا إنتاج مرجع فجوة النطاق. ثم، يتم استخدام المرآة الحالية لتوفير التيار لكل وحدة وظيفية. يتم استخدام مرآة التيار لضبط التيار المطلوب من خلال منطقة الترانزستور، والتي تشبه صورة المرآة.
 
   
  七،تلخيص 
 

من المحتمل أن ما ورد أعلاه هو الهيكل الداخلي بالكامل لشريحة الطاقة DC/DC LM2675، وهو أيضًا مراجعة للمعرفة السابقة بالفراء. وبطبيعة الحال، هذا هو الهيكل الأساسي فقط من حيث المبدأ. يحتاج التصميم المحدد إلى النظر في الكثير من خصائص المعلمات، والكثير من التحليل والمحاكاة، والفهم العميق لمعلمات عملية أشباه الموصلات، لأن عملية التصنيع تحدد العديد من المعلمات وأداء الترانزستورات. أنا افعل. معيبة أو غير صالحة للاستعمال تماما. يعد تصميم الشريحة بالكامل أيضًا هندسة نظام معقدة تتطلب معرفة نظرية جيدة وخبرة عملية.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "ittbank". تمثل هذه المقالة فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا تمثل آراء Sacco Micro والصناعة. إنه مخصص فقط لإعادة الطباعة والمشاركة لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.

هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس/فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
ف ف: 332496225 مدير تشيو
العنوان: الغرفة 809، المبنى C، مبنى Zhantao Technology، رقم 1079 شارع Minzhi، منطقة Longhua الجديدة، Shenzhen