摘要
作為一名電源研發(fā)工程師,自然經(jīng)常與各種芯片打交道,可能有的工程師對(duì)芯片的內(nèi)部并不是很了解,不少同學(xué)在應(yīng)用新的芯片時(shí)直接翻到Datasheet的應(yīng)用頁(yè)面,按照推薦設(shè)計(jì)搭建外圍完事。如此一來(lái)即使應(yīng)用沒(méi)有問(wèn)題,卻也忽略了更多的技術(shù)細(xì)節(jié),對(duì)于自身的技術(shù)成長(zhǎng)并沒(méi)有積累到更好的經(jīng)驗(yàn)。今天以一顆DC/DC降壓電源芯片LM2675為例,盡量詳細(xì)講解下一顆芯片的內(nèi)部設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)。
LM2675-5.0的典型應(yīng)用電路

一
警惕疫情“破防”
類(lèi)似于板級(jí)電路設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電源,芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為芯片其他電路提供穩(wěn)定的參考電壓。這個(gè)基準(zhǔn)電壓要求高精度、穩(wěn)定性好、溫漂小。芯片內(nèi)部的參考電壓又被稱(chēng)為帶隙基準(zhǔn)電壓,因?yàn)檫@個(gè)電壓值和硅的帶隙電壓相近,因此被稱(chēng)為帶隙基準(zhǔn)。這個(gè)值為1.2V左右,如下圖的一種結(jié)構(gòu):



二
振蕩器OSC和PWM
我們知道開(kāi)關(guān)電源的基本原理是利用PWM方波來(lái)驅(qū)動(dòng)功率MOS管,那么自然需要產(chǎn)生振蕩的模塊,原理很簡(jiǎn)單,就是利用電容的充放電形成鋸齒波和比較器來(lái)生成占空比可調(diào)的方波。

三
誤差放大器
誤差放大器的作用是為了保證輸出恒流或者恒壓,對(duì)反饋電壓進(jìn)行采樣處理。從而來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)MOS管的PWM,如簡(jiǎn)圖:
四
最后的驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,就是很大面積的MOS管,電流能力強(qiáng)。
五
其他模塊電路
這里的其他模塊電路是為了保證芯片能夠正常和可靠的工作,雖然不是原理的核心,卻實(shí)實(shí)在在的在芯片的設(shè)計(jì)中占據(jù)重要位置。具體說(shuō)來(lái)有幾種功能:1、啟動(dòng)模塊啟動(dòng)模塊的作用自然是來(lái)啟動(dòng)芯片工作的,因?yàn)樯想娝查g有可能所有晶體管電流為0并維持不變,這樣沒(méi)法工作。啟動(dòng)電路的作用就是相當(dāng)于“點(diǎn)個(gè)火”,然后再關(guān)閉。如圖:上電瞬間,S3自然是打開(kāi)的,然后S2打開(kāi)可以打開(kāi)M4 Q1等,就打開(kāi)了M1 M2,右邊恒流源電路正常工作,S1也打開(kāi)了,就把S2給關(guān)閉了,完成啟動(dòng)。如果沒(méi)有S1 S2 S3,瞬間所有晶體管電流為0。



六
恒流源和電流鏡
在IC內(nèi)部,如何來(lái)設(shè)置每一個(gè)晶體管的工作狀態(tài),就是通過(guò)偏置電流,恒流源電路可以說(shuō)是所有電路的基石,帶隙基準(zhǔn)也是因此產(chǎn)生的,然后通過(guò)電流鏡來(lái)為每一個(gè)功能模塊提供電流,電流鏡就是通過(guò)晶體管的面積來(lái)設(shè)置需要的電流大小,類(lèi)似鏡像。

七
小結(jié)
以上大概就是一顆DC/DC電源芯片LM2675的內(nèi)部全部結(jié)構(gòu),也算是把以前的皮毛知識(shí)復(fù)習(xí)了一下。當(dāng)然,這只是原理上的基本架構(gòu),具體設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮非常多的參數(shù)特性,需要作大量的分析和仿真,而且必須要對(duì)半導(dǎo)體工藝參數(shù)有很深的理解,因?yàn)橹圃旃に嚊Q定了晶體管的很多參數(shù)和性能,一不小心出來(lái)的芯片就有缺陷甚至根本沒(méi)法應(yīng)用。整個(gè)芯片設(shè)計(jì)也是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程,要求很好的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。最后,學(xué)而時(shí)習(xí)之,不亦說(shuō)乎!-
芯片
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