Explicação detalhada do princípio do design interno e análise estrutural do chip

abstrato

Como engenheiro de pesquisa e desenvolvimento de fontes de alimentação, é claro, frequentemente entro em contato com vários chips. Alguns engenheiros podem não estar familiarizados com o interior do chip. Muitos estudantes vão diretamente para a página de aplicação do conjunto de dados ao aplicar novos chips e constroem periféricos de acordo com o design recomendado. É isso. Desta forma, mesmo que a aplicação esteja bem, os detalhes técnicos são ignorados e não se acumula uma melhor experiência para o seu próprio crescimento técnico. Hoje, tomando o chip de fonte de alimentação redutor DC/DC LM2675 como exemplo, o princípio do design interno e a estrutura dos chips a seguir são explicados em detalhes.  
 Circuito de aplicação típico do LM2675-5.0  
   
  Abra o DataSheet do LM2675, primeiro observe o diagrama de blocos.
   
 Este diagrama contém todos os módulos da unidade interna do chip da fonte de alimentação. Compreendemos bem a estrutura do BUCK. A principal função deste chip é acionar o transistor MOS e formar um transistor MOS de potência de acionamento PWM controlado por loop, detectando o estado de saída do pino FB, de modo a obter tensão estável ou saída de corrente constante. Esta é uma fonte de alimentação de modo assíncrono, ou seja, o dispositivo de roda livre é um diodo externo, não um tubo MOS interno.Vamos analisar como cada função é realizada.
  Em primeiro lugar,tensão de referência  
  Semelhante à fonte de alimentação de referência do projeto de circuito em nível de placa, a tensão de referência interna do chip fornece uma tensão de referência estável para outros circuitos do chip. Esta tensão de referência requer alta precisão, boa estabilidade e pequeno desvio de temperatura. A tensão de referência dentro do chip também é chamada de tensão de referência de bandgap, porque essa tensão está próxima da tensão de bandgap do silício, por isso é chamada de referência de bandgap. Este valor é de cerca de 1.2V, conforme mostrado na figura a seguir:
 
   
  Vamos voltar ao livro e falar sobre a fórmula, a fórmula de corrente e tensão da junção PN:  
   
  Pode-se ver que é exponencial e IS é uma corrente de fuga saturada reversa (ou seja, corrente de fuga da junção PN causada por desvio de portadora minoritária). Esta corrente é proporcional à área da junção PN! É->S ..Desta forma, Vbe=VT*ln(Ic/Is) pode ser deduzido!Voltando à figura acima, de acordo com a análise do amplificador operacional, VX=VY, então é I1*R1+Vbe1=Vbe2, então podemos obter: I1=△Vbe/R1, e porque as tensões de porta de M3 e M4 são o mesmo, a corrente I1=I2, então a fórmula é derivada: I1=I2=VT*ln(N/R1) N é a razão das áreas de junção PN de Q1 e Q2!Voltando à figura acima, de acordo com a análise do amplificador operacional, VX=VY, então é I1*R1+Vbe1=Vbe2, então podemos obter: I1=△Vbe/R1, e porque as tensões de porta de M3 e M4 são o mesmo, a corrente I1=I2, então a fórmula é derivada: I1=I2=VT*ln(N/R1) N é a razão das áreas de junção PN de Q1 e Q2!Desta forma, finalmente obtemos o benchmark Vref=I2*R2+Vbe2. O ponto chave é que I1 é um coeficiente de temperatura positivo, enquanto Vbe é um coeficiente de temperatura negativo. Depois de ajustar o valor de N, pode-se obter uma boa compensação de temperatura! E uma tensão de referência estável é obtida. Geralmente, a indústria projeta de acordo com 8. Para atingir o coeficiente de temperatura zero, Vref = Vbe2 + 17.2 * VT é calculado de acordo com a fórmula, portanto é cerca de 1.2 V. Atualmente, o benchmark de menos de 1 V pode ser alcançado em o campo de baixa tensão. Além do coeficiente de temperatura, existem problemas como supressão PSRR da ondulação da fonte de alimentação, etc., que não podem ser aprofundados devido ao nível. O último diagrama é assim, e o design do amplificador operacional é obviamente muito particular:
   
  Conforme mostrado na simulação da característica de temperatura da figura:  
   
  II.Oscilador OSC e PWM
 
Sabemos que o princípio básico da comutação da fonte de alimentação é usar onda quadrada PWM para acionar o transistor MOS de potência, então, naturalmente, precisamos de um módulo que gere oscilação. O princípio é muito simples, ou seja, o capacitor é carregado e descarregado para formar uma onda dente de serra e o comparador é usado para gerar uma onda quadrada com relação de serviço ajustável.
 
   
O projeto final detalhado do circuito é o seguinte:
 
   
 Existe uma dificuldade técnica na compensação de inclinação no modo corrente, que visa estabilizar a inclinação quando o ciclo de trabalho é superior a 50%. Também tenho um entendimento superficial e os alunos interessados podem estudá-lo detalhadamente.
  III.Amplificador de erro
  A função do amplificador de erro é amostrar a tensão de feedback para garantir a corrente constante ou tensão constante de saída. Ajustando assim o PWM de acionamento do tubo MOS, conforme mostrado no diagrama:
 
   
 
  四 、circuito de direção
 A estrutura da última parte motriz é muito simples, ou seja, um tubo MOS de grande área com forte capacidade de corrente.
 
   
 
  五 、Outros circuitos de módulo
  Os outros circuitos modulares aqui são para garantir que o chip possa funcionar normalmente e de forma confiável, embora não sejam o núcleo do princípio, mas realmente ocupam uma posição importante no design do chip.Especificamente, tem várias funções:
  1,Iniciar módulo   A função do módulo de inicialização é naturalmente fazer o chip funcionar, pois no momento da inicialização é possível que todas as correntes do transistor sejam zero e permaneçam inalteradas, portanto ele não poderá funcionar. A função de iniciar o circuito equivale a “acender uma fogueira” e depois desligá-la. Conforme mostrado na figura:No momento de ligar, S3 é naturalmente ligado, e então S2 pode ligar M4 Q1, etc., então M1 M2 é ligado. O circuito da fonte de corrente constante à direita funciona normalmente e S1 está ligado, então S2 está desligado e a inicialização é concluída. Se não houver S1 S2 S3, a corrente instantânea de todos os transistores é 0.
   
  2,Módulo de proteção contra sobretensão OVP  É fácil entender que quando a tensão de entrada é muito alta, a saída pode ser desligada pelo tubo da chave para evitar danos, e um ponto de proteção pode ser definido pelo comparador.  
   
  3,Módulo de proteção contra sobretemperatura OTP   A proteção de temperatura evita que o chip seja danificado por altas temperaturas anormais. O princípio é relativamente simples. A saída é desligada utilizando as características de temperatura do transistor e então definindo o ponto de proteção através do comparador
   
  4,Módulo de proteção contra sobrecorrente OCP  Por exemplo, quando a saída está em curto-circuito, o estado do tubo de saída pode ser controlado por feedback detectando a corrente de saída, e a corrente pode ser desligada ou limitada. Conforme mostrado na figura, a corrente do transistor é amostrada em proporção à área. Geralmente, a área do tubo de amostragem Q2 será um milésimo da área do tubo de saída e, então, o acionamento do tubo MOS é controlado pelo comparador de tensão.
   
Existem alguns outros designs de módulos auxiliares  
  六 、E fonte de corrente constante e espelho de corrente. 
  Dentro do IC, como definir o estado de funcionamento de cada transistor é através da corrente de polarização. Pode-se dizer que o circuito de fonte de corrente constante é a base de todos os circuitos, e a referência de intervalo de banda também é produzida. Então, o espelho de corrente é usado para fornecer corrente para cada módulo funcional. O espelho de corrente é usado para definir a corrente necessária através da área do transistor, que é semelhante à imagem espelhada.
 
   
  七 、resumir 
 

O texto acima é provavelmente toda a estrutura interna do chip de potência DC / DC LM2675 e também é uma revisão do conhecimento anterior sobre peles. Claro, esta é apenas a estrutura básica em princípio. Um projeto específico precisa considerar muitas características dos parâmetros, muita análise e simulação e um profundo entendimento dos parâmetros do processo de semicondutores, porque o processo de fabricação determina muitos parâmetros e desempenho dos transistores. Eu faço. Defeituoso ou completamente inutilizável. Todo o design do chip também é uma engenharia de sistema complicada, que requer bom conhecimento teórico e experiência prática.

Isenção de responsabilidade: este artigo foi reproduzido de "ittbank". Este artigo representa apenas as opiniões pessoais do autor e não representa as opiniões da Sacco Micro e da indústria. Destina-se apenas à reimpressão e partilha para apoiar a proteção dos direitos de propriedade intelectual. Por favor, indique a fonte original e o autor ao reimprimir. Se houver alguma violação, entre em contato conosco para excluí-la.

Tel. da Empresa: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 Gerente Qiu
Endereço: Sala 809, Bloco C, Edifício de Tecnologia Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen