칩의 내부 설계 원리와 구조 분석에 대한 자세한 설명

추상

물론 전원 공급 장치 R&D 엔지니어로서 다양한 칩을 자주 접하게 됩니다. 일부 엔지니어는 칩 내부에 익숙하지 않을 수 있습니다. 많은 학생들이 새로운 칩을 적용할 때 데이터 세트의 적용 페이지로 직접 이동하여 권장 디자인에 따라 주변 장치를 제작합니다. 그게 다야. 이런 식으로는 응용 프로그램이 괜찮다고 하더라도 기술적인 세부 사항은 무시되고, 자신의 기술 성장을 위해 더 나은 경험이 축적되지 않습니다. 오늘은 DC/DC 강압 전원 칩 LM2675를 예로 들어 다음 칩의 내부 설계 원리와 구조를 자세히 설명합니다.  
 LM2675-5.0의 일반적인 응용 회로  
   
  LM2675의 데이터시트를 열고 먼저 블록 다이어그램을 살펴보세요.
   
 이 다이어그램에는 전원 공급 장치 칩의 모든 내부 장치 모듈이 포함되어 있습니다. 우리는 BUCK 구조를 잘 이해했습니다. 이 칩의 주요 기능은 MOS 트랜지스터를 구동하고 FB 핀의 출력 상태를 감지하여 루프 제어 PWM 구동 전력 MOS 트랜지스터를 형성하여 안정적인 전압 또는 정전류 출력을 달성하는 것입니다. 이것은 비동기 모드 전원 공급 장치입니다. 즉, 프리휠링 장치는 내부 MOS 튜브가 아닌 외부 다이오드입니다.각 기능이 어떻게 구현되는지 분석해 보겠습니다.
  먼저기준 전압  
  보드 레벨 회로 설계의 기준 전원 공급 장치와 유사하게 칩의 내부 기준 전압은 칩의 다른 회로에 안정적인 기준 전압을 제공합니다. 이 기준 전압에는 높은 정밀도, 우수한 안정성 및 작은 온도 드리프트가 필요합니다. 칩 내부의 기준 전압은 밴드갭 기준 전압이라고도 하며, 이 전압은 실리콘의 밴드갭 전압에 가깝기 때문에 밴드갭 기준이라고 합니다. 이 값은 다음 그림과 같이 약 1.2V입니다.
 
   
  교과서로 돌아가서 PN 접합의 공식, 전류 및 전압 공식에 대해 이야기합시다.  
   
  이는 지수적이며 IS는 역포화 누설 전류(즉, 소수 캐리어 드리프트로 인한 PN 접합의 누설 전류)임을 알 수 있습니다. 이 전류는 PN 접합의 면적에 비례합니다! 이다->S ..이런 식으로 Vbe=VT*ln(Ic/Is)를 추론할 수 있습니다!위 그림으로 돌아가서 연산 증폭기 분석에 따르면 VX=VY이면 I1*R1+Vbe1=Vbe2이므로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. I1=ΔVbe/R1, M3 및 M4의 게이트 전압은 다음과 같습니다. 동일하며 전류 I1=I2이므로 공식이 도출됩니다. I1=I2=VT*ln(N/R1) N은 Q1과 Q2의 PN 접합 영역 비율입니다!위 그림으로 돌아가서 연산 증폭기 분석에 따르면 VX=VY이면 I1*R1+Vbe1=Vbe2이므로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. I1=ΔVbe/R1, M3 및 M4의 게이트 전압은 다음과 같습니다. 동일하며 전류 I1=I2이므로 공식이 도출됩니다. I1=I2=VT*ln(N/R1) N은 Q1과 Q2의 PN 접합 영역 비율입니다!이러한 방식으로 우리는 마침내 벤치마크 Vref=I2*R2+Vbe2를 얻습니다. 중요한 점은 I1이 양의 온도 계수이고 Vbe가 음의 온도 계수라는 것입니다. N 값을 조정하면 좋은 온도 보상을 얻을 수 있습니다! 그리고 안정적인 기준 전압이 얻어집니다. 일반적으로 업계에서는 8에 따라 설계합니다. 제로 온도 계수를 달성하기 위해 Vref=Vbe2+17.2*VT는 공식에 따라 계산되므로 약 1.2V입니다. 현재 1V 미만의 벤치마크는 다음에서 달성할 수 있습니다. 저전압 분야. 온도 계수 외에도 전원 리플의 PSRR 억제 등 레벨로 인해 심화될 수 없는 문제가 있습니다. 마지막 다이어그램은 다음과 같으며 연산 증폭기의 설계는 물론 매우 특별합니다.
   
  그림 온도 특성 시뮬레이션에 표시된 대로:  
   
  둘째,발진기 OSC 및 PWM
 
우리는 스위칭 전원 공급 장치의 기본 원리가 PWM 구형파를 사용하여 전력 MOS 트랜지스터를 구동하는 것임을 알고 있으므로 당연히 발진을 생성하는 모듈이 필요합니다. 원리는 매우 간단합니다. 즉, 커패시터를 충전 및 방전하여 톱니파를 형성하고 비교기를 사용하여 듀티비를 조정할 수 있는 구형파를 생성합니다.
 
   
최종 세부 회로 설계는 다음과 같습니다.
 
   
 듀티 사이클이 50%를 초과할 때 기울기를 안정화하는 것을 목표로 하는 전류 모드의 기울기 보상에는 기술적인 어려움이 있습니다. 나는 또한 피상적으로 이해하고 있으며 관심있는 학생들이 자세히 공부할 수 있습니다.
  셋째오류 증폭기
  오류 증폭기의 기능은 피드백 전압을 샘플링하여 출력 정전류 또는 정전압을 보장하는 것입니다. 다이어그램에 표시된 대로 MOS 튜브를 구동하는 PWM을 조정합니다.
 
   
 
  넷째,구동 회로
 마지막 구동 부분의 구조는 매우 간단합니다. 즉, 전류 용량이 강한 대면적 MOS 튜브입니다.
 
   
 
  V.기타 모듈 회로
  여기의 다른 모듈 회로는 칩이 정상적으로 안정적으로 작동할 수 있도록 보장하기 위한 것입니다. 비록 원리의 핵심은 아니지만 실제로는 칩 설계에서 중요한 위치를 차지합니다.구체적으로 다음과 같은 여러 기능이 있습니다.
  1,모듈 시작   시동 모듈의 기능은 자연스럽게 칩이 작동하도록 시작하는 것입니다. 왜냐하면 전원을 켤 때 모든 트랜지스터 전류가 0이 되고 변경되지 않은 상태로 유지되어 작동할 수 없기 때문입니다. 회로를 시작하는 기능은 "불을 켜고" 끄는 것과 같습니다. 그림과 같이 :전원을 켜는 순간 자연스럽게 S3가 켜지고, 그 후 S2가 M4 Q1 등을 켜면 M1 M2가 켜진다. 오른쪽의 정전류원 회로는 정상적으로 동작하며, S1이 ON되므로 S2가 OFF되어 시동이 완료됩니다. S1 S2 S3이 없으면 모든 트랜지스터의 순간 전류는 0이다.
   
  2,과전압 보호 모듈 OVP  입력 전압이 너무 높으면 스위치 튜브로 출력을 꺼서 손상을 방지하고 비교기로 보호 지점을 설정할 수 있다는 것을 이해하기 쉽습니다.  
   
  3,과열 보호 모듈 OTP   온도 보호는 비정상적인 고온으로 인해 칩이 손상되는 것을 방지하는 것입니다. 원리는 비교적 간단합니다. 트랜지스터의 온도 특성을 이용하여 비교기를 통해 보호점을 설정하여 출력을 차단합니다.
   
  4,과전류 보호 모듈 OCP  예를 들어, 출력이 단락되면 출력관의 상태는 출력 전류를 감지하여 피드백 제어될 수 있으며 전류가 꺼지거나 제한될 수 있습니다. 그림과 같이 트랜지스터의 전류는 면적에 비례하여 샘플링됩니다. 일반적으로 샘플링 튜브 Q2의 면적은 출력 튜브 면적의 XNUMX/XNUMX이며 MOS 튜브의 구동은 전압 비교기에 의해 제어됩니다.
   
다른 보조 모듈 디자인이 있습니다  
  여섯.그리고 정전류 소스와 전류 미러. 
  IC 내부에서 각 트랜지스터의 작동 상태를 설정하는 방법은 바이어스 전류를 통해 이루어집니다. 정전류원 회로는 모든 회로의 초석이라고 할 수 있으며, 밴드갭 레퍼런스도 생성됩니다. 그런 다음 전류 미러를 사용하여 각 기능 모듈에 전류를 제공합니다. 전류 미러는 미러 이미지와 유사한 트랜지스터 영역을 통해 필요한 전류를 설정하는 데 사용됩니다.
 
   
  七,요약 
 

위 내용은 아마도 DC/DC 전원 칩 LM2675의 전체 내부 구조일 것이며, 이전 Fur 지식에 대한 검토이기도 합니다. 물론 이는 원칙적으로는 기본 구조일 뿐이다. 특정 설계에서는 제조 공정이 트랜지스터의 많은 매개변수와 성능을 결정하기 때문에 많은 매개변수 특성, 많은 분석 및 시뮬레이션, 반도체 공정 매개변수에 대한 깊은 이해를 고려해야 합니다. 나는한다. 결함이 있거나 완전히 사용할 수 없습니다. 전체 칩 설계는 또한 복잡한 시스템 엔지니어링이므로 좋은 이론적 지식과 실제 경험이 필요합니다.

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