הסבר מפורט על עקרון התכנון הפנימי וניתוח מבני של השבב

תַקצִיר

כמהנדס מו"פ של ספק כוח, כמובן, אני בא לעתים קרובות במגע עם שבבים שונים. ייתכן שחלק מהמהנדסים לא מכירים את החלק הפנימי של השבב. סטודנטים רבים עוברים ישירות לדף היישום של ערכת הנתונים בעת החלת שבבים חדשים, ובונים ציוד היקפי לפי העיצוב המומלץ. זהו זה. בדרך זו, גם אם האפליקציה בסדר, מתעלמים מהפרטים הטכניים, ולא נצברת חוויה טובה יותר לצמיחה הטכנית שלך. כיום, אם ניקח לדוגמא את שבב אספקת הכוח DC/DC LM2675 שהופחת, עיקרון העיצוב הפנימי והמבנה של השבבים הבאים מוסברים בפירוט.  
 מעגל יישום טיפוסי של LM2675-5.0  
   
  פתח את גיליון הנתונים של LM2675, הסתכל תחילה על דיאגרמת הבלוק.
   
 תרשים זה מכיל את כל מודולי היחידה הפנימיים של שבב אספקת החשמל. הבנו היטב את מבנה ה-BUCK. הפונקציה העיקרית של שבב זה היא להניע את טרנזיסטור MOS, וליצור טרנזיסטור MOS כונן PWM מבוקר לולאה על ידי זיהוי מצב הפלט של פין FB, כדי להשיג מתח יציב או פלט זרם קבוע. זהו ספק כוח אסינכרוני, כלומר, התקן הגלגל החופשי הוא דיודה חיצונית, לא צינור MOS פנימי.בואו ננתח כיצד מימוש כל פונקציה.
  ראשית,מתח ייחוס  
  בדומה לאספקת הכוח הייחוס של עיצוב מעגלים ברמת הלוח, מתח הייחוס הפנימי של השבב מספק מתח ייחוס יציב למעגלים אחרים של השבב. מתח ייחוס זה דורש דיוק גבוה, יציבות טובה וסחיפה קטנה של טמפרטורה. מתח ההתייחסות בתוך השבב נקרא גם מתח התייחסות ל-bandgap, מכיוון שמתח זה קרוב למתח bandgap של סיליקון, ולכן הוא נקרא התייחסות ל-bandgap. ערך זה הוא בערך 1.2V, כפי שמוצג באיור הבא:
 
   
  נחזור לספר הלימוד ונדבר על הנוסחה, נוסחת הזרם והמתח של צומת PN:  
   
  ניתן לראות שזה אקספוננציאלי, ו-IS הוא זרם דליפה רווי הפוך (כלומר זרם דליפה של צומת PN שנגרם על ידי סחיפה של מיעוט נושא). זרם זה פרופורציונלי לשטח של צומת PN! Is->S ..בדרך זו, ניתן להסיק Vbe=VT*ln(Ic/Is)!בחזרה לאיור שלמעלה, לפי ניתוח המגבר התפעולי, VX=VY, אז זה I1*R1+Vbe1=Vbe2, כך שנוכל לקבל: I1=△Vbe/R1, ומכיוון שמתחי השער של M3 ו-M4 הם אותו דבר, הזרם I1=I2, אז הנוסחה נגזרת: I1=I2=VT*ln(N/R1) N הוא היחס בין אזורי הצומת PN של Q1 ו-Q2!בחזרה לאיור שלמעלה, לפי ניתוח המגבר התפעולי, VX=VY, אז זה I1*R1+Vbe1=Vbe2, כך שנוכל לקבל: I1=△Vbe/R1, ומכיוון שמתחי השער של M3 ו-M4 הם אותו דבר, הזרם I1=I2, אז הנוסחה נגזרת: I1=I2=VT*ln(N/R1) N הוא היחס בין אזורי הצומת PN של Q1 ו-Q2!בדרך זו, אנו מקבלים סוף סוף את המדד Vref=I2*R2+Vbe2. נקודת המפתח היא ש-I1 הוא מקדם טמפרטורה חיובי, בעוד Vbe הוא מקדם טמפרטורה שלילי. לאחר התאמת הערך של N, זה יכול להשיג פיצוי טמפרטורה טוב! ומתקבל מתח ייחוס יציב. ככלל, התעשייה מתכננת לפי 8. על מנת להשיג מקדם טמפרטורה אפס, Vref=Vbe2+17.2*VT מחושב לפי הנוסחה, כך שהוא בערך 1.2V. שדה המתח הנמוך. מלבד מקדם הטמפרטורה, ישנן בעיות כמו דיכוי PSRR של אדוות אספקת החשמל וכו', שלא ניתן להעמיק עקב הרמה. התרשים האחרון הוא כזה, והעיצוב של המגבר התפעולי הוא כמובן מאוד מיוחד:
   
  כפי שמוצג באיור סימולציית מאפיין טמפרטורה:  
   
  שנית,מתנד OSC ו-PWM
 
אנו יודעים שהעיקרון הבסיסי של מיתוג אספקת החשמל הוא להשתמש בגל ריבועי PWM כדי להניע טרנזיסטור MOS כוח, אז באופן טבעי, אנחנו צריכים מודול שיוצר תנודה. העיקרון פשוט מאוד, כלומר, הקבל נטען ונפרק ליצירת גל שן מסור והמשוואה משמש ליצירת גל ריבועי עם יחס חובה מתכוונן.
 
   
עיצוב המעגל המפורט הסופי הוא כדלקמן:
 
   
 קיים קושי טכני בפיצוי שיפוע במצב נוכחי, שמטרתו לייצב את השיפוע כאשר מחזור העבודה גדול מ-50%. יש לי גם הבנה שטחית, וסטודנטים מתעניינים יכולים ללמוד אותה בפירוט.
  שלישית,מגבר שגיאה
  תפקידו של מגבר השגיאה הוא לדגום את מתח המשוב כדי להבטיח זרם קבוע או מתח קבוע במוצא. בכך התאמת PWM של הנעת צינור MOS, כפי שמוצג בתרשים:
 
   
 
  רביעית,מעגל כונן
 המבנה של חלק הנהיגה האחרון הוא פשוט מאוד, כלומר, צינור MOS בשטח גדול עם קיבולת זרם חזקה.
 
   
 
  V.מעגלי מודול אחרים
  מעגלי המודול האחרים כאן נועדו להבטיח שהשבב יכול לעבוד בצורה נורמלית ואמינה, למרות שהם לא הליבה של העיקרון, אבל הם באמת תופסים מקום חשוב בעיצוב השבב.באופן ספציפי, יש לו מספר פונקציות:
  1,התחל מודול   תפקידו של מודול האתחול הוא באופן טבעי להפעיל את השבב, מכיוון שברגע ההדלקה, ייתכן שכל זרמי הטרנזיסטור יהיו אפסים וישארו ללא שינוי, כך שהוא לא יכול לעבוד. הפונקציה של הפעלת המעגל שווה ל"הדלקת אש" ואז כיבויו. כפי שמוצג באיור:ברגע ההפעלה, S3 מופעל באופן טבעי, ואז S2 יכול להפעיל את M4 Q1 וכו', אז M1 M2 מופעל. מעגל מקור הזרם הקבוע בצד ימין פועל כרגיל, ו-S1 מופעל, כך ש-S2 כבוי, וההפעלה הושלמה. אם אין S1 S2 S3, הזרם המיידי של כל הטרנזיסטורים הוא 0.
   
  2,מודול הגנת מתח יתר OVP  קל להבין שכאשר מתח הכניסה גבוה מדי, ניתן לכבות את הפלט על ידי צינור המתג כדי למנוע נזק, וניתן להגדיר נקודת הגנה על ידי המשווה.  
   
  3,מודול הגנה מפני טמפרטורת יתר OTP   הגנת טמפרטורה היא למנוע מהשבב להיפגע מטמפרטורה גבוהה חריגה. העיקרון פשוט יחסית. הפלט כבוי באמצעות מאפייני הטמפרטורה של הטרנזיסטור ולאחר מכן הגדרת נקודת ההגנה דרך המשווה
   
  4,מודול הגנת זרם יתר OCP  לדוגמה, כאשר היציאה קצרה, ניתן לשלוט במצב של צינור הפלט משוב על ידי זיהוי זרם המוצא, וניתן לכבות או להגביל את הזרם. כפי שמוצג באיור, הזרם של הטרנזיסטור נדגם ביחס לאזור. בדרך כלל, השטח של צינור הדגימה Q2 יהיה אלפית משטח צינור הפלט, ואז הנעה של צינור ה-MOS נשלטת על ידי משווה המתח.
   
ישנם כמה עיצובי מודול עזר אחרים  
  שש.ומקור זרם קבוע ומראה זרם. 
  בתוך ה-IC, כיצד להגדיר את מצב העבודה של כל טרנזיסטור הוא באמצעות זרם הטיה. ניתן לומר שמעגל מקור זרם קבוע הוא אבן היסוד של כל המעגלים, ונוצר גם התייחסות לפער הרצועה. לאחר מכן, נעשה שימוש במראה הנוכחי כדי לספק זרם עבור כל מודול פונקציונלי. מראה זרם משמש להגדרת הזרם הנדרש דרך אזור הטרנזיסטור, הדומה לתמונת מראה.
 
   
  שבע,לסכם 
 

האמור לעיל הוא כנראה כל המבנה הפנימי של שבב הכוח DC/DC LM2675, וזה גם סקירה של ידע הפרווה הקודם. כמובן שזה רק המבנה הבסיסי באופן עקרוני. תכנון ספציפי צריך לקחת בחשבון הרבה מאפיינים פרמטרים, הרבה ניתוח וסימולציה, והבנה עמוקה של פרמטרים של תהליך מוליכים למחצה, מכיוון שתהליך הייצור קובע פרמטרים רבים וביצועים של טרנזיסטורים. עידו. פגום או בלתי שמיש לחלוטין. כל עיצוב השבב הוא גם הנדסת מערכת מסובכת, הדורשת ידע תיאורטי טוב וניסיון מעשי.

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "ittbank". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפסה מחדש. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

טל' חברה: +86-0755-83044319
פקס/פקס:+86-0755-83975897
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 מנהל Qiu
כתובת: חדר 809, בלוק C, בניין Zhantao Technology, מס' 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, שנזן