Szczegółowe wyjaśnienie zasady projektowania wewnętrznego i analizy strukturalnej chipa

abstrakcyjny

Jako inżynier zajmujący się badaniami i rozwojem zasilaczy często mam kontakt z różnymi chipami. Niektórzy inżynierowie mogą nie być zaznajomieni z wnętrzem chipa. Wielu studentów podczas stosowania nowych chipów przechodzi bezpośrednio do strony aplikacji zestawu danych i buduje urządzenia peryferyjne zgodnie z zalecanym projektem. Otóż to. W ten sposób, nawet jeśli aplikacja jest w porządku, szczegóły techniczne są ignorowane i nie gromadzi się lepszego doświadczenia dla własnego rozwoju technicznego. Dzisiaj, biorąc za przykład układ zasilacza obniżającego napięcie DC/DC LM2675, szczegółowo wyjaśniono zasadę projektowania wewnętrznego i strukturę następujących układów.  
 Typowy obwód aplikacyjny LM2675-5.0  
   
  Otwórz arkusz danych LM2675, najpierw spójrz na schemat blokowy.
   
 Ten schemat zawiera wszystkie moduły jednostki wewnętrznej układu zasilacza. Dobrze zrozumieliśmy strukturę BUCK. Główną funkcją tego układu jest sterowanie tranzystorem MOS i tworzenie sterowanego pętlą tranzystora MOS mocy PWM poprzez wykrywanie stanu wyjściowego pinu FB, w celu uzyskania stabilnego napięcia lub stałego prądu wyjściowego. Jest to zasilacz asynchroniczny, co oznacza, że elementem wolnobiegu jest zewnętrzna dioda, a nie wewnętrzna lampa MOS.Przeanalizujmy, jak realizowana jest każda funkcja.
  Po pierwszenapięcie odniesienia  
  Podobnie jak w przypadku zasilacza referencyjnego w konstrukcji obwodu na poziomie płytki, wewnętrzne napięcie odniesienia chipa zapewnia stabilne napięcie odniesienia dla innych obwodów chipa. To napięcie odniesienia wymaga dużej precyzji, dobrej stabilności i małego dryfu temperaturowego. Napięcie odniesienia wewnątrz chipa nazywane jest również napięciem odniesienia pasma wzbronionego, ponieważ napięcie to jest zbliżone do napięcia pasma wzbronionego krzemu, dlatego nazywa się to napięciem odniesienia pasma wzbronionego. Wartość ta wynosi około 1.2 V, jak pokazano na poniższym rysunku:
 
   
  Wróćmy do podręcznika i porozmawiajmy o wzorze, wzorze na prąd i napięcie złącza PN:  
   
  Można zauważyć, że jest on wykładniczy, a IS jest odwróconym nasyconym prądem upływowym (tj. prądem upływowym złącza PN spowodowanym dryfem nośnika mniejszościowego). Prąd ten jest proporcjonalny do powierzchni złącza PN! Jest->S..W ten sposób można wywnioskować Vbe=VT*ln(Ic/Is)!Wracając do powyższego rysunku, zgodnie z analizą wzmacniacza operacyjnego, VX=VY, to jest to I1*R1+Vbe1=Vbe2, więc możemy otrzymać: I1=△Vbe/R1, a ponieważ napięcia bramek M3 i M4 wynoszą to samo, prąd I1=I2, zatem wyprowadzamy wzór: I1=I2=VT*ln(N/R1) N jest stosunkiem powierzchni złączy PN Q1 i Q2!Wracając do powyższego rysunku, zgodnie z analizą wzmacniacza operacyjnego, VX=VY, to jest to I1*R1+Vbe1=Vbe2, więc możemy otrzymać: I1=△Vbe/R1, a ponieważ napięcia bramek M3 i M4 wynoszą to samo, prąd I1=I2, zatem wyprowadzamy wzór: I1=I2=VT*ln(N/R1) N jest stosunkiem powierzchni złączy PN Q1 i Q2!W ten sposób ostatecznie otrzymujemy benchmark Vref=I2*R2+Vbe2. Kluczową kwestią jest to, że I1 jest dodatnim współczynnikiem temperaturowym, podczas gdy Vbe jest ujemnym współczynnikiem temperaturowym. Po dostosowaniu wartości N można osiągnąć dobrą kompensację temperatury! Uzyskuje się stabilne napięcie odniesienia. Ogólnie rzecz biorąc, projekty branżowe są zgodne z 8. Aby osiągnąć zerowy współczynnik temperaturowy, Vref=Vbe2+17.2*VT oblicza się zgodnie ze wzorem, a więc wynosi około 1.2V. Obecnie wartość odniesienia mniejszą niż 1V można osiągnąć w pole niskiego napięcia. Oprócz współczynnika temperaturowego występują problemy takie jak tłumienie tętnienia zasilania PSRR itp., których nie można pogłębić ze względu na poziom. Ostatni schemat wygląda tak, a konstrukcja wzmacniacza operacyjnego jest oczywiście bardzo specyficzna:
   
  Jak pokazano na rysunku, symulacja charakterystyki temperatury:  
   
  Po drugieOscylator OSC i PWM
 
Wiemy, że podstawową zasadą zasilacza impulsowego jest wykorzystanie fali prostokątnej PWM do zasilania tranzystora MOS, więc naturalnie potrzebujemy modułu generującego oscylacje. Zasada jest bardzo prosta, to znaczy, że kondensator jest ładowany i rozładowywany, tworząc falę piłokształtną, a komparator służy do generowania fali prostokątnej z regulowanym współczynnikiem wypełnienia.
 
   
Ostateczny szczegółowy projekt obwodu wygląda następująco:
 
   
 Występuje techniczna trudność w kompensacji nachylenia w trybie prądowym, która ma na celu ustabilizowanie nachylenia, gdy cykl pracy jest większy niż 50%. Mam też powierzchowne zrozumienie, a zainteresowani studenci mogą go szczegółowo przestudiować.
  Po trzecieWzmacniacz błędu
  Funkcją wzmacniacza błędu jest próbkowanie napięcia sprzężenia zwrotnego w celu zapewnienia stałego prądu wyjściowego lub stałego napięcia. Dostosowując w ten sposób PWM sterowania lampą MOS, jak pokazano na schemacie:
 
   
 
  Po czwarteobwód napędowy
 Konstrukcja ostatniej części sterującej jest bardzo prosta, czyli wielkopowierzchniowa lampa MOS o dużej obciążalności prądowej.
 
   
 
  V.Inne obwody modułu
  Pozostałe obwody modułowe mają tutaj zapewnić normalną i niezawodną pracę chipa, chociaż nie stanowią one rdzenia zasady, ale naprawdę zajmują ważne miejsce w konstrukcji chipa.W szczególności ma kilka funkcji:
  1,Moduł startowy   Zadaniem modułu startowego jest oczywiście uruchomienie chipa, ponieważ w momencie włączenia zasilania może się zdarzyć, że prądy wszystkich tranzystorów będą wynosić zero i pozostaną niezmienione, więc nie będzie mógł działać. Funkcja uruchomienia obwodu jest równoznaczna z „rozpaleniem ognia”, a następnie jego wyłączeniem. Jak pokazano na rysunku:W momencie włączenia S3 jest naturalnie włączony, a następnie S2 może włączyć M4 Q1 itd., więc M1 M2 jest włączone. Obwód źródła prądu stałego po prawej stronie działa normalnie, a S1 jest włączony, więc S2 jest wyłączony i uruchamianie jest zakończone. Jeśli nie ma S1 S2 S3, chwilowy prąd wszystkich tranzystorów wynosi 0.
   
  2,Moduł ochrony przeciwprzepięciowej OVP  Łatwo zrozumieć, że gdy napięcie wejściowe jest zbyt wysokie, wyjście może zostać wyłączone przez rurkę przełączającą, aby uniknąć uszkodzenia, a komparator może ustawić punkt ochronny.  
   
  3,Moduł zabezpieczający przed przegrzaniem OTP   Ochrona temperaturowa ma na celu zapobieganie uszkodzeniu chipa przez nienormalnie wysoką temperaturę. Zasada jest stosunkowo prosta. Wyjście wyłącza się wykorzystując charakterystykę temperaturową tranzystora i następnie ustawiając punkt zabezpieczenia poprzez komparator
   
  4,Moduł zabezpieczenia nadprądowego OCP  Na przykład, gdy wyjście jest zwarte, stan lampy wyjściowej można kontrolować za pomocą sprzężenia zwrotnego poprzez wykrywanie prądu wyjściowego, a prąd można wyłączyć lub ograniczyć. Jak pokazano na rysunku, prąd tranzystora jest próbkowany proporcjonalnie do powierzchni. Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia rurki próbkującej Q2 będzie wynosić jedną tysięczną powierzchni rury wyjściowej, a następnie sterowanie lampą MOS kontrolowane jest przez komparator napięcia.
   
Istnieją inne konstrukcje modułów pomocniczych  
  SześćOraz źródło prądu stałego i lustro prądu. 
  Wewnątrz układu scalonego stan pracy każdego tranzystora można ustawić poprzez prąd polaryzacji. Można powiedzieć, że obwód źródła prądu stałego jest kamieniem węgielnym wszystkich obwodów i tworzone jest również odniesienie do pasma wzbronionego. Następnie lustro prądowe służy do zapewnienia prądu dla każdego modułu funkcjonalnego. Lustro prądowe służy do ustawienia wymaganego prądu w obszarze tranzystora, co jest podobne do odbicia lustrzanego.
 
   
  Siedemstreszczać 
 

Powyżej jest prawdopodobnie cała wewnętrzna struktura układu zasilania DC/DC LM2675, a także jest przeglądem dotychczasowej wiedzy futrzarskiej. Oczywiście jest to tylko podstawowa konstrukcja w zasadzie. Konkretny projekt musi uwzględniać wiele charakterystyk parametrów, wiele analiz i symulacji oraz głębokie zrozumienie parametrów procesu półprzewodnikowego, ponieważ proces produkcyjny determinuje wiele parametrów i wydajności tranzystorów. Ja robię. Uszkodzony lub całkowicie nie nadający się do użytku. Cały projekt chipa to także skomplikowana inżynieria systemu, która wymaga dobrej wiedzy teoretycznej i doświadczenia praktycznego.

Zastrzeżenie: Ten artykuł został skopiowany z „ittbank”. Ten artykuł przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Służy wyłącznie do ponownego drukowania i udostępniania w celu wspierania ochrony praw własności intelektualnej. Przy przedruku proszę podać oryginalne źródło i autora. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.

Tel firmy: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 Menedżer Qiu
Adres: pokój 809, blok C, budynek Zhantao Technology, nr 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen