Penjelasan rinci tentang prinsip desain internal dan analisis struktural chip

abstrak

Sebagai seorang insinyur R&D catu daya, tentunya saya sering bersentuhan dengan berbagai chip. Beberapa insinyur mungkin tidak familiar dengan bagian dalam chip. Banyak siswa langsung membuka halaman aplikasi kumpulan data saat menerapkan chip baru, dan membuat periferal sesuai dengan desain yang direkomendasikan. Itu dia. Dengan cara ini, meskipun aplikasinya baik-baik saja, detail teknisnya diabaikan, dan pengalaman yang lebih baik tidak diakumulasikan untuk pertumbuhan teknis Anda sendiri. Hari ini, dengan mengambil contoh chip catu daya step-down DC/DC LM2675, prinsip desain internal dan struktur chip berikut dijelaskan secara rinci.  
 Rangkaian aplikasi khas LM2675-5.0  
   
  Buka DataSheet LM2675, lihat dulu diagram bloknya.
   
 Diagram ini berisi semua modul unit internal chip catu daya. Kami telah memahami struktur BUCK dengan baik. Fungsi utama chip ini adalah untuk menggerakkan transistor MOS, dan untuk membentuk transistor MOS daya penggerak PWM yang dikontrol loop dengan mendeteksi keadaan keluaran pin FB, sehingga mencapai tegangan stabil atau keluaran arus konstan. Ini adalah catu daya mode asinkron, yaitu perangkat freewheeling adalah dioda eksternal, bukan tabung MOS internal.Mari kita analisis bagaimana setiap fungsi direalisasikan.
  Pertama,tegangan referensi  
  Mirip dengan catu daya referensi desain sirkuit tingkat papan, tegangan referensi internal chip memberikan tegangan referensi yang stabil untuk sirkuit chip lainnya. Tegangan referensi ini memerlukan presisi tinggi, stabilitas yang baik, dan penyimpangan suhu yang kecil. Tegangan referensi di dalam chip disebut juga tegangan referensi celah pita, karena tegangan ini dekat dengan tegangan celah pita silikon, sehingga disebut referensi celah pita. Nilai ini sekitar 1.2V, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
 
   
  Mari kita kembali ke buku teks dan membahas rumus, rumus arus dan tegangan sambungan PN:  
   
  Terlihat bahwa Is eksponensial, dan IS adalah arus bocor jenuh terbalik (yaitu arus bocor sambungan PN yang disebabkan oleh penyimpangan pembawa minoritas). Arus ini sebanding dengan luas persimpangan PN! Adalah->S ..Dengan cara ini, Vbe=VT*ln(Ic/Is) dapat disimpulkan!Kembali ke gambar di atas, berdasarkan analisa penguat operasional, VX=VY, maka I1*R1+Vbe1=Vbe2, sehingga didapat: I1=△Vbe/R1, dan karena tegangan gerbang M3 dan M4 adalah sama, arus I1=I2, maka diturunkan rumusnya: I1=I2=VT*ln(N/R1) N adalah perbandingan luas sambungan PN Q1 dan Q2!Kembali ke gambar di atas, berdasarkan analisa penguat operasional, VX=VY, maka I1*R1+Vbe1=Vbe2, sehingga didapat: I1=△Vbe/R1, dan karena tegangan gerbang M3 dan M4 adalah sama, arus I1=I2, maka diturunkan rumusnya: I1=I2=VT*ln(N/R1) N adalah perbandingan luas sambungan PN Q1 dan Q2!Dengan cara ini, kita akhirnya mendapatkan benchmark Vref=I2*R2+Vbe2. Intinya adalah I1 adalah koefisien suhu positif, sedangkan Vbe adalah koefisien suhu negatif. Setelah menyesuaikan nilai N, kompensasi suhu yang baik dapat dicapai! Dan diperoleh tegangan referensi yang stabil. Secara umum, desain industri sesuai dengan 8. Untuk mencapai koefisien suhu nol, Vref=Vbe2+17.2*VT dihitung sesuai rumus, jadi sekitar 1.2V Saat ini, patokan kurang dari 1V dapat dicapai di medan tegangan rendah. Selain koefisien suhu, ada masalah seperti penekanan PSRR pada riak pasokan listrik, dll., yang tidak dapat diperdalam karena levelnya. Diagram terakhirnya seperti ini, dan desain penguat operasional tentu saja sangat khusus:
   
  Seperti yang ditunjukkan pada gambar simulasi karakteristik suhu:  
   
  Kedua,Osilator OSC dan PWM
 
Kita tahu bahwa prinsip dasar peralihan catu daya adalah menggunakan gelombang persegi PWM untuk menggerakkan transistor MOS daya, jadi tentu saja kita memerlukan modul yang menghasilkan osilasi. Prinsipnya sangat sederhana, yaitu kapasitor diisi dan dikosongkan membentuk gelombang gigi gergaji dan komparator digunakan untuk menghasilkan gelombang persegi dengan rasio tugas yang dapat disesuaikan.
 
   
Desain rangkaian rinci akhir adalah sebagai berikut:
 
   
 Terdapat kesulitan teknis dalam kompensasi kemiringan pada mode saat ini, yang bertujuan untuk menstabilkan lereng ketika siklus kerja lebih besar dari 50%. Saya juga memiliki pemahaman yang dangkal, dan siswa yang tertarik dapat mempelajarinya secara detail.
  Ketiga,Penguat kesalahan
  Fungsi penguat kesalahan adalah untuk mengambil sampel tegangan umpan balik untuk memastikan arus keluaran konstan atau tegangan konstan. Dengan demikian mengatur PWM penggerak tabung MOS, seperti terlihat pada diagram:
 
   
 
  Keempat,sirkuit penggerak
 Struktur bagian penggerak terakhir sangat sederhana, yaitu tabung MOS luas dengan kapasitas arus yang kuat.
 
   
 
  V.Rangkaian modul lainnya
  Rangkaian modul lainnya di sini adalah untuk memastikan bahwa chip dapat bekerja secara normal dan andal, meskipun bukan inti prinsipnya, namun sangat menempati posisi penting dalam desain chip.Secara khusus, ini memiliki beberapa fungsi:
  1,Mulai modul   Fungsi modul startup tentu saja untuk menghidupkan chip agar dapat bekerja, karena pada saat dinyalakan, kemungkinan semua arus transistor akan bernilai nol dan tidak berubah, sehingga tidak dapat berfungsi. Fungsi menghidupkan rangkaian sama dengan “menyalakan api” dan kemudian mematikannya. Seperti yang ditunjukkan pada gambar:Pada saat dinyalakan, S3 menyala secara alami, lalu S2 dapat menghidupkan M4 Q1, dst., sehingga M1 M2 menyala. Rangkaian sumber arus konstan di sebelah kanan berfungsi normal, dan S1 dihidupkan, sehingga S2 dimatikan, dan startup selesai. Jika tidak ada S1 S2 S3, arus sesaat semua transistor adalah 0.
   
  2,Modul proteksi tegangan lebih OVP  Sangat mudah untuk memahami bahwa ketika tegangan masukan terlalu tinggi, keluaran dapat dimatikan oleh tabung sakelar untuk menghindari kerusakan, dan titik perlindungan dapat diatur oleh komparator.  
   
  3,Modul perlindungan suhu berlebih OTP   Perlindungan suhu adalah untuk mencegah chip rusak karena suhu tinggi yang tidak normal. Prinsipnya relatif sederhana. Outputnya dimatikan dengan menggunakan karakteristik suhu transistor dan kemudian mengatur titik proteksi melalui komparator
   
  4,Modul perlindungan arus lebih OCP  Misalnya, ketika keluaran dihubung pendek, keadaan tabung keluaran dapat dikontrol umpan balik dengan mendeteksi arus keluaran, dan arus dapat dimatikan atau dibatasi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, arus transistor diambil sampelnya secara proporsional dengan luasnya. Umumnya luas tabung sampling Q2 akan menjadi seperseribu luas tabung keluaran, dan kemudian penggerak tabung MOS dikendalikan oleh komparator tegangan.
   
Ada beberapa desain modul tambahan lainnya  
  Enam.Dan sumber arus konstan dan cermin arus. 
  Di dalam IC, cara mengatur keadaan kerja masing-masing transistor adalah melalui arus bias. Rangkaian sumber arus konstan dapat dikatakan sebagai landasan dari semua rangkaian, dan referensi celah pita juga dihasilkan. Kemudian, cermin arus digunakan untuk menyediakan arus untuk setiap modul fungsional. Cermin arus digunakan untuk mengatur arus yang dibutuhkan melalui area transistor, yang mirip dengan bayangan cermin.
 
   
  Tujuh,meringkaskan 
 

Di atas mungkin adalah keseluruhan struktur internal chip daya DC/DC LM2675, dan ini juga merupakan tinjauan dari pengetahuan bulu sebelumnya. Tentu saja, ini hanyalah struktur dasar secara prinsip. Perancangan khusus perlu mempertimbangkan banyak karakteristik parameter, banyak analisis dan simulasi, serta pemahaman mendalam tentang parameter proses semikonduktor, karena proses pembuatan menentukan banyak parameter dan kinerja transistor. Saya lakukan Cacat atau sama sekali tidak dapat digunakan. Desain keseluruhan chip juga merupakan rekayasa sistem yang rumit, yang memerlukan pengetahuan teoretis dan pengalaman praktis yang baik.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "ittbank". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Telp Perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 Manajer Qiu
Alamat: Kamar 809, Blok C, Gedung Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Distrik Baru Longhua, Shenzhen