توضیح دقیق اصل طراحی داخلی و تحلیل ساختاری تراشه

چکیده

البته به عنوان یک مهندس تحقیق و توسعه منبع تغذیه، اغلب با تراشه های مختلف در تماس هستم. برخی از مهندسان ممکن است با داخل تراشه آشنا نباشند. بسیاری از دانشآموزان هنگام استفاده از تراشههای جدید مستقیماً به صفحه برنامه مجموعه دادهها میروند و لوازم جانبی را طبق طرح پیشنهادی میسازند. خودشه. به این ترتیب، حتی اگر برنامه خوب باشد، جزئیات فنی نادیده گرفته می شود و تجربه بهتری برای رشد فنی خود شما جمع آوری نمی شود. امروزه، با در نظر گرفتن تراشه منبع تغذیه کاهنده DC/DC LM2675، اصل طراحی داخلی و ساختار تراشه های زیر به تفصیل توضیح داده شده است.  
 مدار کاربرد معمولی LM2675-5.0  
   
  DataSheet LM2675 را باز کنید، ابتدا به بلوک دیاگرام نگاه کنید.
   
 این نمودار شامل تمام ماژول های واحد داخلی تراشه منبع تغذیه است. ما ساختار BUCK را به خوبی درک کرده ایم. عملکرد اصلی این تراشه به حرکت درآوردن ترانزیستور MOS و تشکیل یک ترانزیستور PWM با کنترل حلقه کنترل شده MOS با تشخیص وضعیت خروجی پین FB است تا به ولتاژ پایدار یا خروجی جریان ثابت دست یابد. این یک منبع تغذیه حالت ناهمزمان است، یعنی دستگاه چرخ آزاد یک دیود خارجی است، نه یک لوله MOS داخلی.بیایید نحوه تحقق هر تابع را تجزیه و تحلیل کنیم.
  اول ،ولتاژ مرجع  
  مشابه منبع تغذیه مرجع طراحی مدار در سطح برد، ولتاژ مرجع داخلی تراشه یک ولتاژ مرجع پایدار برای مدارهای دیگر تراشه فراهم می کند. این ولتاژ مرجع نیاز به دقت بالا، پایداری خوب و رانش کوچک دما دارد. ولتاژ مرجع داخل تراشه را ولتاژ مرجع bandgap نیز می گویند، زیرا این ولتاژ به ولتاژ باند گپ سیلیکون نزدیک است، بنابراین به آن bandgap مرجع می گویند. این مقدار تقریباً 1.2 ولت است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:
 
   
  بیایید به کتاب درسی برگردیم و در مورد فرمول، فرمول جریان و ولتاژ اتصال PN صحبت کنیم:  
   
  می توان دید که نمایی است و IS جریان نشتی اشباع معکوس است (یعنی جریان نشتی اتصال PN ناشی از رانش حامل اقلیت). این جریان متناسب با مساحت اتصال PN است! Is->S ..به این ترتیب Vbe=VT*ln(Ic/Is) قابل استنباط است!به شکل بالا برگردیم، با توجه به تجزیه و تحلیل تقویت کننده عملیاتی، VX=VY، سپس I1*R1+Vbe1=Vbe2 است، بنابراین می توانیم به دست آوریم: I1=△Vbe/R1، و چون ولتاژهای گیت M3 و M4 هستند. همان، جریان I1=I2، بنابراین فرمول به دست می آید: I1=I2=VT*ln(N/R1) N نسبت ناحیه اتصال PN Q1 و Q2 است!به شکل بالا برگردیم، با توجه به تجزیه و تحلیل تقویت کننده عملیاتی، VX=VY، سپس I1*R1+Vbe1=Vbe2 است، بنابراین می توانیم به دست آوریم: I1=△Vbe/R1، و چون ولتاژهای گیت M3 و M4 هستند. همان، جریان I1=I2، بنابراین فرمول به دست می آید: I1=I2=VT*ln(N/R1) N نسبت ناحیه اتصال PN Q1 و Q2 است!به این ترتیب در نهایت بنچمارک Vref=I2*R2+Vbe2 را بدست می آوریم. نکته کلیدی این است که I1 یک ضریب دمایی مثبت است، در حالی که Vbe یک ضریب دمایی منفی است. پس از تنظیم مقدار N، می تواند به جبران دمای خوبی دست یابد! و یک ولتاژ مرجع پایدار به دست می آید. به طور کلی صنعت بر اساس 8 طراحی می کند. برای دستیابی به ضریب دمایی صفر، Vref=Vbe2+17.2*VT بر اساس فرمول محاسبه می شود، بنابراین حدود 1.2 ولت است در حال حاضر، معیار کمتر از 1 ولت را می توان در میدان ولتاژ پایین علاوه بر ضریب دما، مشکلاتی مانند سرکوب PSRR ریپل منبع تغذیه و غیره وجود دارد که به دلیل تراز نمی توان آنها را عمیق تر کرد. آخرین نمودار به این صورت است و طراحی تقویت کننده عملیاتی البته بسیار خاص است:
   
  همانطور که در شکل شبیه سازی مشخصه دما نشان داده شده است:  
   
  دوم ،اسیلاتور OSC و PWM
 
می دانیم که اصل اساسی منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده از موج مربعی PWM برای راه اندازی ترانزیستور MOS قدرت است، بنابراین طبیعتاً ما به یک ماژول نیاز داریم که نوسان ایجاد کند. اصل کار بسیار ساده است، یعنی خازن برای تشکیل موج دندانه اره شارژ و تخلیه می شود و از مقایسه کننده برای تولید موج مربعی با نسبت کار قابل تنظیم استفاده می شود.
 
   
طرح دقیق مدار نهایی به شرح زیر است:
 
   
 یک مشکل فنی در جبران شیب در حالت جریان وجود دارد که هدف آن تثبیت شیب زمانی است که چرخه کاری بیشتر از 50٪ باشد. من هم درک سطحی دارم و دانشجویان علاقه مند می توانند آن را با جزئیات مطالعه کنند.
  سوم ،تقویت کننده خطا
  عملکرد تقویت کننده خطا نمونه برداری از ولتاژ فیدبک برای اطمینان از جریان ثابت خروجی یا ولتاژ ثابت است. بدین ترتیب PWM راندن لوله MOS، همانطور که در نمودار نشان داده شده است، تنظیم می شود:
 
   
 
  چهارم ،مدار درایو
 ساختار آخرین بخش رانندگی بسیار ساده است، یعنی یک لوله MOS با مساحت بزرگ با ظرفیت جریان قوی.
 
   
 
  V.مدارهای ماژول دیگر
  مدارهای دیگر ماژول در اینجا برای اطمینان از اینکه تراشه می تواند به طور عادی و قابل اعتماد کار کند، اگرچه هسته اصلی نیستند، اما واقعاً موقعیت مهمی در طراحی تراشه دارند.به طور خاص، چندین عملکرد دارد:
  1،ماژول را شروع کنید   عملکرد ماژول راه اندازی به طور طبیعی شروع به کار تراشه است، زیرا در لحظه روشن شدن، ممکن است تمام جریان های ترانزیستور صفر شده و بدون تغییر باقی بمانند، بنابراین نمی تواند کار کند. کارکرد راه اندازی مدار معادل «روشن کردن آتش» و سپس خاموش کردن آن است. همانطور که در شکل نشان داده شده است:در لحظه روشن شدن، S3 به طور طبیعی روشن می شود و سپس S2 می تواند M4 Q1 و غیره را روشن کند، بنابراین M1 M2 روشن می شود. مدار منبع جریان ثابت سمت راست به طور معمول کار می کند و S1 روشن می شود، بنابراین S2 خاموش می شود و راه اندازی کامل می شود. اگر S1 S2 S3 وجود نداشته باشد، جریان لحظه ای تمام ترانزیستورها 0 است.
   
  2،ماژول حفاظت از اضافه ولتاژ OVP  به راحتی می توان درک کرد که وقتی ولتاژ ورودی خیلی زیاد است، خروجی می تواند توسط لوله سوئیچ خاموش شود تا آسیبی نبیند، و یک نقطه حفاظتی می تواند توسط مقایسه کننده تنظیم شود.  
   
  3،ماژول حفاظت از دمای بیش از حد OTP   حفاظت از دما برای جلوگیری از آسیب دیدن تراشه در اثر دمای بالا غیرعادی است. اصل نسبتا ساده است. خروجی با استفاده از مشخصات دمایی ترانزیستور و سپس تنظیم نقطه حفاظت از طریق مقایسه کننده خاموش می شود.
   
  4،ماژول حفاظت از اضافه جریان OCP  به عنوان مثال، هنگامی که خروجی اتصال کوتاه دارد، می توان وضعیت لوله خروجی را با تشخیص جریان خروجی کنترل کرد و جریان را خاموش یا محدود کرد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، جریان ترانزیستور به نسبت مساحت نمونه برداری می شود. به طور کلی، مساحت لوله نمونه برداری Q2 یک هزارم مساحت لوله خروجی خواهد بود و سپس حرکت لوله MOS توسط مقایسه کننده ولتاژ کنترل می شود.
   
چند طرح ماژول کمکی دیگر نیز وجود دارد  
  ششو منبع جریان ثابت و آینه جریان. 
  در داخل آی سی نحوه تنظیم وضعیت کار هر ترانزیستور از طریق جریان بایاس است. می توان گفت مدار منبع جریان ثابت سنگ بنای تمام مدارها است و مرجع شکاف باند نیز تولید می شود. سپس، آینه جریان برای تامین جریان برای هر ماژول کاربردی استفاده می شود. آینه جریان برای تنظیم جریان مورد نیاز در ناحیه ترانزیستور که شبیه تصویر آینه ای است استفاده می شود.
 
   
  هفت ،خلاصه کردن 
 

موارد فوق احتمالاً کل ساختار داخلی تراشه برق DC/DC LM2675 است و همچنین مروری بر دانش قبلی خز است. البته این فقط در اصل ساختار اساسی است. یک طراحی خاص نیاز به در نظر گرفتن بسیاری از ویژگی های پارامتر، تجزیه و تحلیل و شبیه سازی زیاد، و درک عمیق پارامترهای فرآیند نیمه هادی دارد، زیرا فرآیند تولید، پارامترها و عملکرد ترانزیستورها را تعیین می کند. انجام میدهم. معیوب یا کاملا غیر قابل استفاده کل طراحی تراشه نیز یک مهندسی سیستم پیچیده است که به دانش نظری خوب و تجربه عملی نیاز دارد.

سلب مسئولیت: این مقاله از "ittbank" تکثیر شده است. این مقاله فقط دیدگاه های شخصی نویسنده را نشان می دهد و دیدگاه های Sacco Micro و صنعت را نشان نمی دهد. این فقط برای تجدید چاپ و به اشتراک گذاری برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.

تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 مدیر کیو
آدرس: اتاق 809، بلوک C، ساختمان فناوری Zhantao، خیابان Minzhi شماره 1079، منطقه جدید Longhua، شنژن