Explicación detallada del principio de diseño interno y análisis estructural del chip.

resumen

Como ingeniero de I+D de fuentes de alimentación, por supuesto, a menudo entro en contacto con varios chips. Es posible que algunos ingenieros no estén familiarizados con el interior del chip. Muchos estudiantes van directamente a la página de aplicación del conjunto de datos cuando aplican nuevos chips y construyen periféricos de acuerdo con el diseño recomendado. Eso es todo. De esta manera, incluso si la aplicación es buena, los detalles técnicos se ignoran y no se acumula una mejor experiencia para su propio crecimiento técnico. Hoy, tomando como ejemplo el chip de fuente de alimentación reductora CC/CC LM2675, se explican en detalle el principio de diseño interno y la estructura de los siguientes chips.  
 Circuito de aplicación típico de LM2675-5.0  
   
  Abra la hoja de datos de LM2675, primero mire el diagrama de bloques.
   
 Este diagrama contiene todos los módulos de la unidad interna del chip de fuente de alimentación. Hemos entendido bien la estructura de BUCK. La función principal de este chip es controlar el transistor MOS y formar un transistor MOS de potencia de accionamiento PWM controlado por bucle detectando el estado de salida del pin FB, para lograr un voltaje estable o una salida de corriente constante. Esta es una fuente de alimentación en modo asíncrono, es decir, el dispositivo de funcionamiento libre es un diodo externo, no un tubo MOS interno.Analicemos cómo se realiza cada función.
  Primerovoltaje de referencia  
  De manera similar a la fuente de alimentación de referencia del diseño de circuito a nivel de placa, el voltaje de referencia interno del chip proporciona un voltaje de referencia estable para otros circuitos del chip. Este voltaje de referencia requiere alta precisión, buena estabilidad y pequeña deriva de temperatura. El voltaje de referencia dentro del chip también se llama voltaje de referencia de banda prohibida, porque este voltaje está cerca del voltaje de banda prohibida del silicio, por lo que se llama referencia de banda prohibida. Este valor es de aproximadamente 1.2 V, como se muestra en la siguiente figura:
 
   
  Volvamos al libro de texto y hablemos de la fórmula, la fórmula de corriente y voltaje de la unión PN:  
   
  Se puede ver que es exponencial e IS es una corriente de fuga saturada inversa (es decir, una corriente de fuga de la unión PN causada por la deriva de la portadora minoritaria). ¡Esta corriente es proporcional al área de la unión PN! Es->S ..¡De esta manera se puede deducir Vbe=VT*ln(Ic/Is)!Volviendo a la figura anterior, de acuerdo con el análisis del amplificador operacional, VX=VY, entonces es I1*R1+Vbe1=Vbe2, por lo que podemos obtener: I1=△Vbe/R1, y debido a que los voltajes de puerta de M3 y M4 son Lo mismo, la corriente I1 = I2, por lo que se deriva la fórmula: I1 = I2 = VT * ln (N/R1) ¡N es la relación de las áreas de unión PN de Q1 y Q2!Volviendo a la figura anterior, de acuerdo con el análisis del amplificador operacional, VX=VY, entonces es I1*R1+Vbe1=Vbe2, por lo que podemos obtener: I1=△Vbe/R1, y debido a que los voltajes de puerta de M3 y M4 son Lo mismo, la corriente I1 = I2, por lo que se deriva la fórmula: I1 = I2 = VT * ln (N/R1) ¡N es la relación de las áreas de unión PN de Q1 y Q2!De esta manera, finalmente obtenemos el punto de referencia Vref=I2*R2+Vbe2. El punto clave es que I1 es un coeficiente de temperatura positivo, mientras que Vbe es un coeficiente de temperatura negativo. ¡Después de ajustar el valor de N, se puede lograr una buena compensación de temperatura! Y se obtiene un voltaje de referencia estable. Generalmente, la industria diseña de acuerdo con 8. Para lograr un coeficiente de temperatura cero, Vref = Vbe2 + 17.2 * VT se calcula según la fórmula, por lo que es aproximadamente 1.2 V. En la actualidad, el punto de referencia de menos de 1 V se puede lograr en el campo de bajo voltaje. Además del coeficiente de temperatura, existen problemas como la supresión PSRR de la ondulación de la fuente de alimentación, etc., que no se pueden profundizar debido al nivel. El último diagrama es así, y el diseño del amplificador operacional es por supuesto muy particular:
   
  Como se muestra en la figura, simulación de características de temperatura:  
   
  SegundoOscilador OSC y PWM
 
Sabemos que el principio básico de la fuente de alimentación conmutada es utilizar una onda cuadrada PWM para impulsar el transistor MOS, por lo que, naturalmente, necesitamos un módulo que genere oscilación. El principio es muy simple, es decir, el capacitor se carga y descarga para formar una onda en diente de sierra y el comparador se usa para generar una onda cuadrada con una relación de trabajo ajustable.
 
   
El diseño del circuito detallado final es el siguiente:
 
   
 Existe una dificultad técnica en la compensación de pendiente en el modo actual, que tiene como objetivo estabilizar la pendiente cuando el ciclo de trabajo es superior al 50%. También tengo un conocimiento superficial y los estudiantes interesados pueden estudiarlo en detalle.
  Terceroamplificador de errores
  La función del amplificador de error es muestrear el voltaje de retroalimentación para garantizar una corriente o voltaje constante de salida. Ajustando así el PWM de conducción del tubo MOS, como se muestra en el diagrama:
 
   
 
  Cuartocircuito de impulsión
 La estructura de la última parte impulsora es muy simple, es decir, un tubo MOS de gran área con una gran capacidad de corriente.
 
   
 
  V.Otros circuitos de módulos
  Los otros circuitos del módulo aquí son para garantizar que el chip pueda funcionar de manera normal y confiable. Aunque no son el núcleo del principio, realmente ocupan una posición importante en el diseño del chip.En concreto, tiene varias funciones:
  1,Módulo de inicio   La función del módulo de inicio es, naturalmente, hacer que el chip funcione, porque en el momento del encendido, es posible que todas las corrientes del transistor sean cero y permanezcan sin cambios, por lo que no puede funcionar. La función de iniciar el circuito equivale a "encender un fuego" y luego apagarlo. Como se muestra en la figura:En el momento del encendido, S3 se enciende naturalmente, y luego S2 puede encender M4 Q1, etc., por lo que M1 M2 se enciende. El circuito de fuente de corriente constante de la derecha funciona normalmente y S1 está encendido, por lo que S2 se apaga y se completa el inicio. Si no hay S1 S2 S3, la corriente instantánea de todos los transistores es 0.
   
  2,Módulo de protección contra sobretensiones OVP  Es fácil entender que cuando el voltaje de entrada es demasiado alto, el tubo del interruptor puede apagar la salida para evitar daños y el comparador puede establecer un punto de protección.  
   
  3,Módulo de protección contra sobretemperatura OTP   La protección de la temperatura sirve para evitar que el chip se dañe debido a una temperatura anormalmente alta. El principio es relativamente simple. La salida se apaga utilizando las características de temperatura del transistor y luego configurando el punto de protección a través del comparador.
   
  4,Módulo de protección contra sobrecorriente OCP  Por ejemplo, cuando la salida está en cortocircuito, el estado del tubo de salida se puede controlar mediante retroalimentación detectando la corriente de salida, y la corriente se puede apagar o limitar. Como se muestra en la figura, la corriente del transistor se muestrea en proporción al área. Generalmente, el área del tubo de muestreo Q2 será una milésima parte del área del tubo de salida, y luego el comparador de voltaje controla el accionamiento del tubo MOS.
   
Hay algunos otros diseños de módulos auxiliares.  
  Seis.Y fuente de corriente constante y espejo de corriente. 
  Dentro del IC, la forma de configurar el estado de funcionamiento de cada transistor es mediante corriente de polarización. Se puede decir que el circuito fuente de corriente constante es la piedra angular de todos los circuitos, y también se produce una referencia de banda prohibida. Luego, se utiliza el espejo actual para proporcionar corriente para cada módulo funcional. El espejo de corriente se utiliza para establecer la corriente requerida a través del área del transistor, que es similar a la imagen especular.
 
   
  七 、resumir 
 

Lo anterior es probablemente toda la estructura interna del chip de alimentación CC/CC LM2675, y también es una revisión del conocimiento previo. Por supuesto, en principio esta es sólo la estructura básica. Un diseño específico debe considerar muchas características de parámetros, mucho análisis y simulación, y una comprensión profunda de los parámetros del proceso de semiconductores, porque el proceso de fabricación determina muchos parámetros y el rendimiento de los transistores. Hago. Defectuoso o completamente inutilizable. Todo el diseño del chip también es una ingeniería de sistema complicada, que requiere buenos conocimientos teóricos y experiencia práctica.

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