astratto

Come ingegnere di ricerca e sviluppo nel settore degli alimentatori, ovviamente, vengo spesso in contatto con diversi chip. Alcuni ingegneri potrebbero non avere familiarità con l'interno del chip. Molti studenti vanno direttamente alla pagina dell'applicazione del set di dati quando applicano nuovi chip e costruiscono le periferiche in base al progetto consigliato. Questo è tutto. In questo modo, anche se l'applicazione va bene, i dettagli tecnici vengono ignorati e non si accumula un'esperienza migliore per la propria crescita tecnica. Oggi, prendendo come esempio il chip di alimentazione step-down DC/DC LM2675, vengono spiegati in dettaglio il principio di progettazione interno e la struttura dei seguenti chip.  
 Circuito applicativo tipico di LM2675-5.0  
   
  Apri il DataSheet dell'LM2675, guarda prima lo schema a blocchi.
   
 Questo schema contiene tutti i moduli dell'unità interna del chip di alimentazione. Abbiamo capito bene la struttura del BUCK. La funzione principale di questo chip è quella di pilotare il transistor MOS e formare un transistor MOS di potenza di pilotaggio PWM controllato da loop rilevando lo stato di uscita del pin FB, in modo da ottenere una tensione stabile o un'uscita di corrente costante. Si tratta di un alimentatore in modalità asincrona, ovvero il dispositivo di freewheeling è un diodo esterno e non un tubo MOS interno.Analizziamo come viene realizzata ciascuna funzione.
  一,tensione di riferimento  
  Similmente all'alimentatore di riferimento del progetto circuitale a livello di scheda, la tensione di riferimento interna del chip fornisce una tensione di riferimento stabile per gli altri circuiti del chip. Questa tensione di riferimento richiede elevata precisione, buona stabilità e piccola deriva termica. La tensione di riferimento all'interno del chip è anche chiamata tensione di riferimento bandgap, perché questa tensione è vicina alla tensione bandgap del silicio, quindi è chiamata riferimento bandgap. Questo valore è di circa 1.2 V, come mostrato nella figura seguente:
 
   
  Torniamo al libro di testo e parliamo della formula, della formula della corrente e della tensione della giunzione PN:  
   
  Si può vedere che è esponenziale e IS è la corrente di dispersione satura inversa (ovvero la corrente di dispersione della giunzione PN causata dalla deriva del portatore minoritario). Questa corrente è proporzionale all'area della giunzione PN! È->S ..In questo modo si può dedurre Vbe=VT*ln(Ic/Is)!Tornando alla figura sopra, secondo l'analisi dell'amplificatore operazionale, VX=VY, allora è I1*R1+Vbe1=Vbe2, quindi possiamo ottenere: I1=△Vbe/R1, e poiché le tensioni di gate di M3 e M4 sono lo stesso, la corrente I1=I2, quindi si ricava la formula: I1=I2=VT*ln(N/R1) N è il rapporto tra le aree di giunzione PN di Q1 e Q2!Tornando alla figura sopra, secondo l'analisi dell'amplificatore operazionale, VX=VY, allora è I1*R1+Vbe1=Vbe2, quindi possiamo ottenere: I1=△Vbe/R1, e poiché le tensioni di gate di M3 e M4 sono lo stesso, la corrente I1=I2, quindi si ricava la formula: I1=I2=VT*ln(N/R1) N è il rapporto tra le aree di giunzione PN di Q1 e Q2!In questo modo otteniamo finalmente il benchmark Vref=I2*R2+Vbe2. Il punto chiave è che I1 è un coefficiente di temperatura positivo, mentre Vbe è un coefficiente di temperatura negativo. Dopo aver regolato il valore di N, è possibile ottenere una buona compensazione della temperatura! E si ottiene una tensione di riferimento stabile. Generalmente, l'industria progetta secondo 8. Per ottenere un coefficiente di temperatura pari a zero, Vref=Vbe2+17.2*VT viene calcolato secondo la formula, quindi è circa 1.2 V. Attualmente, il valore di riferimento inferiore a 1 V può essere raggiunto in il campo a bassa tensione. Oltre al coefficiente di temperatura, ci sono problemi come la soppressione PSRR dell'ondulazione dell'alimentazione, ecc., che non possono essere approfonditi a causa del livello. L'ultimo schema è così, e il design dell'amplificatore operazionale è ovviamente molto particolare:
   
  Come mostrato nella figura simulazione caratteristica della temperatura:  
   
  二,Oscillatore OSC e PWM
 
Sappiamo che il principio di base dell'alimentatore switching è l'utilizzo dell'onda quadra PWM per pilotare il transistor MOS di potenza, quindi, naturalmente, abbiamo bisogno di un modulo che generi oscillazioni. Il principio è molto semplice, ovvero il condensatore viene caricato e scaricato per formare un'onda a dente di sega e il comparatore viene utilizzato per generare un'onda quadra con rapporto di funzionamento regolabile.
 
   
Il progetto finale dettagliato del circuito è il seguente:
 
   
 Esiste una difficoltà tecnica nella compensazione della pendenza nella modalità corrente, che mira a stabilizzare la pendenza quando il ciclo di lavoro è superiore al 50%. Ho anche una comprensione superficiale e gli studenti interessati possono studiarla in dettaglio.
  III.Amplificatore di errore
  La funzione dell'amplificatore di errore è campionare la tensione di feedback per garantire la corrente costante o la tensione costante in uscita. Regolando così il PWM di pilotaggio del tubo MOS, come mostrato nel diagramma:
 
   
 
  四,circuito di azionamento
 La struttura dell'ultima parte motrice è molto semplice, ovvero un tubo MOS di ampia area con elevata capacità di corrente.
 
   
 
  五,Altri circuiti del modulo
  Gli altri circuiti del modulo qui servono a garantire che il chip possa funzionare normalmente e in modo affidabile, sebbene non siano il nucleo del principio, ma occupano davvero una posizione importante nella progettazione del chip.Nello specifico ha diverse funzioni:
  1,Avvia modulo   La funzione del modulo di avvio è naturalmente quella di avviare il chip per funzionare, perché al momento dell'accensione è possibile che tutte le correnti dei transistor siano pari a zero e rimangano invariate, quindi non può funzionare. La funzione di avviare il circuito equivale ad "accendere un fuoco" e poi spegnerlo. Come mostrato in figura:Al momento dell'accensione, S3 è naturalmente acceso, quindi S2 può accendere M4 Q1, ecc., quindi M1 M2 è acceso. Il circuito della sorgente di corrente costante sulla destra funziona normalmente e S1 è acceso, quindi S2 è spento e l'avvio è completato. Se non c'è S1 S2 S3, la corrente istantanea di tutti i transistor è 0.
   
  2,Modulo di protezione da sovratensione OVP  È facile capire che quando la tensione di ingresso è troppo alta, l'uscita può essere disattivata dal tubo interruttore per evitare danni e il comparatore può impostare un punto di protezione.  
   
  3,Modulo di protezione da sovratemperatura OTP   La protezione della temperatura serve a evitare che il chip venga danneggiato da temperature elevate anomale. Il principio è relativamente semplice. L'uscita viene disattivata utilizzando le caratteristiche di temperatura del transistor e quindi impostando il punto di protezione tramite il comparatore
   
  4,Modulo di protezione da sovracorrente OCP  Ad esempio, quando l'uscita è cortocircuitata, lo stato del tubo di uscita può essere controllato tramite feedback rilevando la corrente di uscita e la corrente può essere disattivata o limitata. Come mostrato in figura, la corrente del transistor viene campionata in modo proporzionale all'area. Generalmente, l'area del tubo di campionamento Q2 sarà un millesimo dell'area del tubo di uscita, quindi il pilotaggio del tubo MOS sarà controllato dal comparatore di tensione.
   
Esistono altri progetti di moduli ausiliari  
  六,E sorgente di corrente costante e specchio di corrente. 
  All'interno dell'IC, come impostare lo stato di funzionamento di ciascun transistor avviene attraverso la corrente di polarizzazione. Si può dire che il circuito della sorgente di corrente costante sia la pietra angolare di tutti i circuiti e viene prodotto anche il riferimento del gap di banda. Quindi, lo specchio di corrente viene utilizzato per fornire corrente a ciascun modulo funzionale. Lo specchio di corrente viene utilizzato per impostare la corrente richiesta attraverso l'area del transistor, che è simile all'immagine speculare.
 
   
  七,riassumere 
 

Quanto sopra rappresenta probabilmente l'intera struttura interna del chip di alimentazione DC/DC LM2675, ed è anche una revisione delle precedenti conoscenze in materia. Naturalmente questa è solo la struttura di base in linea di principio. Una progettazione specifica deve considerare numerose caratteristiche dei parametri, numerose analisi e simulazioni e una profonda comprensione dei parametri di processo dei semiconduttori, poiché il processo di produzione determina molti parametri e le prestazioni dei transistor. Lo voglio. Difettoso o completamente inutilizzabile. L'intera progettazione del chip è anche un'ingegneria di sistema complicata, che richiede buone conoscenze teoriche ed esperienza pratica.

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