Giải thích chi tiết về nguyên lý thiết kế bên trong và phân tích cấu trúc của chip

trừu tượng

Tất nhiên, là một kỹ sư R&D cung cấp điện, tôi thường xuyên tiếp xúc với nhiều loại chip khác nhau. Một số kỹ sư có thể không quen với bên trong con chip. Nhiều sinh viên vào thẳng trang ứng dụng của tập dữ liệu khi áp dụng chip mới và xây dựng các thiết bị ngoại vi theo thiết kế được đề xuất. Đó là nó. Bằng cách này, ngay cả khi ứng dụng tốt thì các chi tiết kỹ thuật vẫn bị bỏ qua và trải nghiệm tốt hơn không được tích lũy cho sự phát triển kỹ thuật của riêng bạn. Hôm nay, lấy chip cung cấp điện bước xuống DC/DC LM2675 làm ví dụ, nguyên tắc và cấu trúc thiết kế bên trong của các chip sau đây sẽ được giải thích chi tiết.  
 Mạch ứng dụng điển hình của LM2675-5.0  
   
  Mở DataSheet của LM2675, đầu tiên nhìn vào sơ đồ khối.
   
 Sơ đồ này chứa tất cả các mô-đun bộ phận bên trong của chip cấp nguồn. Chúng tôi đã hiểu rõ cấu trúc BUCK. Chức năng chính của chip này là điều khiển bóng bán dẫn MOS và tạo thành bóng bán dẫn MOS công suất điều khiển vòng lặp điều khiển bằng vòng lặp bằng cách phát hiện trạng thái đầu ra của chân FB, để đạt được điện áp ổn định hoặc đầu ra dòng điện không đổi. Đây là nguồn cung cấp năng lượng ở chế độ không đồng bộ, nghĩa là thiết bị quay tự do là một diode bên ngoài, không phải là ống MOS bên trong.Hãy phân tích cách thực hiện từng chức năng.
  Đầu tiên,điện áp tham chiếu  
  Tương tự như nguồn điện tham chiếu của thiết kế mạch cấp bo mạch, điện áp tham chiếu bên trong của chip cung cấp điện áp tham chiếu ổn định cho các mạch khác của chip. Điện áp tham chiếu này đòi hỏi độ chính xác cao, độ ổn định tốt và độ lệch nhiệt độ nhỏ. Điện áp tham chiếu bên trong chip còn được gọi là điện áp tham chiếu bandgap, vì điện áp này gần với điện áp bandgap của silicon nên gọi là tham chiếu bandgap. Giá trị này là khoảng 1.2V, như thể hiện trong hình sau:
 
   
  Chúng ta hãy quay lại sách giáo khoa và nói về công thức, công thức dòng điện và điện áp tiếp giáp PN:  
   
  Có thể thấy rằng nó là hàm mũ và IS là dòng rò bão hòa ngược (tức là dòng rò của điểm nối PN gây ra bởi sự trôi dạt sóng mang thiểu số). Dòng điện này tỷ lệ thuận với diện tích tiếp giáp PN! Là->S ..Bằng cách này, Vbe=VT*ln(Ic/Is) có thể được suy ra!Quay lại hình trên, theo phân tích của bộ khuếch đại hoạt động, VX=VY, thì I1*R1+Vbe1=Vbe2, nên chúng ta có thể nhận được: I1=△Vbe/R1, và vì điện áp cổng của M3 và M4 là tương tự, dòng điện I1=I2 nên công thức suy ra: I1=I2=VT*ln(N/R1) N là tỉ số giữa diện tích tiếp giáp PN của Q1 và Q2!Quay lại hình trên, theo phân tích của bộ khuếch đại hoạt động, VX=VY, thì I1*R1+Vbe1=Vbe2, nên chúng ta có thể nhận được: I1=△Vbe/R1, và vì điện áp cổng của M3 và M4 là tương tự, dòng điện I1=I2 nên công thức suy ra: I1=I2=VT*ln(N/R1) N là tỉ số giữa diện tích tiếp giáp PN của Q1 và Q2!Bằng cách này, cuối cùng chúng ta cũng có được điểm chuẩn Vref=I2*R2+Vbe2. Điểm mấu chốt là I1 là hệ số nhiệt độ dương, trong khi Vbe là hệ số nhiệt độ âm. Sau khi điều chỉnh giá trị N, nó có thể đạt được khả năng bù nhiệt độ tốt! Và thu được điện áp tham chiếu ổn định. Nói chung, ngành công nghiệp thiết kế theo 8. Để đạt được hệ số nhiệt độ bằng 2, Vref=Vbe17.2+1.2*VT được tính theo công thức nên khoảng 1V. Hiện tại, có thể đạt được điểm chuẩn dưới XNUMXV trong trường điện áp thấp. Bên cạnh hệ số nhiệt độ, còn có các vấn đề như triệt tiêu PSRR của gợn sóng nguồn điện, v.v., không thể khắc phục sâu hơn do mức độ. Sơ đồ cuối cùng là như thế này và thiết kế của bộ khuếch đại hoạt động tất nhiên là rất đặc biệt:
   
  Như thể hiện trong mô phỏng đặc tính nhiệt độ hình:  
   
  Thứ hai,Bộ tạo dao động OSC vàPWM
 
Chúng ta biết rằng nguyên tắc cơ bản của việc chuyển đổi nguồn điện là sử dụng sóng vuông PLC để điều khiển bóng bán dẫn MOS công suất, vì vậy, đương nhiên, chúng ta cần một mô-đun tạo ra dao động. Nguyên lý rất đơn giản, đó là tụ điện được tích điện và phóng điện tạo thành sóng răng cưa và bộ so sánh được sử dụng để tạo ra sóng vuông với tỷ số nhiệm vụ có thể điều chỉnh được.
 
   
Thiết kế mạch chi tiết cuối cùng như sau:
 
   
 Có một khó khăn kỹ thuật trong việc bù độ dốc ở chế độ hiện tại, nhằm mục đích ổn định độ dốc khi chu kỳ nhiệm vụ lớn hơn 50%. Tôi cũng có hiểu biết hời hợt, học sinh quan tâm có thể nghiên cứu chi tiết.
  Thứ ba,Bộ khuếch đại lỗi
  Chức năng của bộ khuếch đại lỗi là lấy mẫu điện áp phản hồi để đảm bảo dòng điện đầu ra hoặc điện áp không đổi. Qua đó điều chỉnh xung điều khiển ống MOS như trong sơ đồ:
 
   
 
  Thứ tư,mạch truyền động
 Cấu trúc của bộ phận truyền động cuối cùng rất đơn giản, đó là một ống MOS diện tích lớn có công suất dòng điện mạnh.
 
   
 
  V.Mạch mô-đun khác
  Các mạch mô-đun khác ở đây nhằm đảm bảo chip có thể hoạt động bình thường và đáng tin cậy, tuy không phải là cốt lõi của nguyên lý nhưng chúng thực sự chiếm một vị trí quan trọng trong thiết kế của chip.Cụ thể, nó có một số chức năng:
  1,Bắt đầu mô-đun   Chức năng của mô-đun khởi động đương nhiên là khởi động chip hoạt động, vì tại thời điểm bật nguồn, rất có thể tất cả dòng điện trên bóng bán dẫn sẽ bằng 0 và không thay đổi nên không thể hoạt động. Chức năng khởi động mạch tương đương với việc “thắp lửa” rồi tắt đi. Như trong hình:Tại thời điểm bật nguồn, S3 được bật tự nhiên, sau đó S2 có thể bật M4 Q1, v.v., do đó M1 M2 được bật. Mạch nguồn dòng không đổi ở bên phải hoạt động bình thường, S1 được bật nên S2 bị tắt và quá trình khởi động hoàn tất. Nếu không có S1 S2 S3 thì dòng điện tức thời của tất cả các bóng bán dẫn là 0.
   
  2,Mô-đun bảo vệ quá áp OVP  Dễ hiểu là khi điện áp đầu vào quá cao, đầu ra có thể được tắt bằng ống công tắc để tránh hư hỏng và có thể đặt điểm bảo vệ bằng bộ so sánh.  
   
  3,Mô-đun bảo vệ quá nhiệt OTP   Bảo vệ nhiệt độ là để ngăn chặn chip bị hư hỏng do nhiệt độ cao bất thường. Nguyên tắc tương đối đơn giản. Đầu ra được tắt bằng cách sử dụng các đặc tính nhiệt độ của bóng bán dẫn và sau đó thiết lập điểm bảo vệ thông qua bộ so sánh
   
  4,Mô-đun bảo vệ quá dòng OCP  Ví dụ, khi đầu ra bị đoản mạch, trạng thái của ống đầu ra có thể được điều khiển phản hồi bằng cách phát hiện dòng điện đầu ra và dòng điện có thể bị tắt hoặc hạn chế. Như trong hình, dòng điện của bóng bán dẫn được lấy mẫu theo tỷ lệ diện tích. Nói chung, diện tích của ống lấy mẫu Q2 sẽ bằng một phần nghìn diện tích của ống đầu ra, và sau đó việc điều khiển ống MOS được điều khiển bởi bộ so sánh điện áp.
   
Có một số thiết kế module phụ trợ khác  
  Sáu.Và nguồn hiện tại không đổi và gương hiện tại. 
  Bên trong IC, cách thiết lập trạng thái làm việc của mỗi Transistor là thông qua dòng điện phân cực. Mạch nguồn dòng không đổi có thể nói là nền tảng của tất cả các mạch và tham chiếu khoảng cách dải cũng được tạo ra. Sau đó, máy nhân bản dòng điện được sử dụng để cung cấp dòng điện cho từng mô-đun chức năng. Gương hiện tại được sử dụng để đặt dòng điện cần thiết qua khu vực của bóng bán dẫn, tương tự như hình ảnh phản chiếu.
 
   
  Bảy,tóm tắt 
 

Trên đây có lẽ là toàn bộ cấu trúc bên trong của chip nguồn DC/DC LM2675, đồng thời cũng là ôn lại những kiến thức lông thú trước đó. Tất nhiên, đây chỉ là cấu trúc cơ bản về nguyên tắc. Một thiết kế cụ thể cần phải xem xét nhiều đặc tính tham số, nhiều phân tích và mô phỏng cũng như hiểu biết sâu sắc về các tham số quá trình bán dẫn, bởi vì quá trình sản xuất quyết định nhiều tham số và hiệu suất của bóng bán dẫn. Tôi làm. Bị lỗi hoặc hoàn toàn không sử dụng được. Toàn bộ thiết kế chip cũng là một kỹ thuật hệ thống phức tạp, đòi hỏi kiến thức lý thuyết tốt và kinh nghiệm thực tế.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "ittbank". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả, không thể hiện quan điểm của Sacco Micro và ngành. Nó chỉ dành cho việc in lại và chia sẻ để hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.

Điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 Quản lý Qiu
Địa chỉ: Phòng 809, Khu C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Quận Mới Long Hoa, Thâm Quyến