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一篇文章教你看明白IC内部是啥结构

2020-06-01 收购库存 资讯动态 167

作为一名开关电源技术工程师,当然常常与各种各样集成ic相处,将会有的技术工程师对集成ic的內部并并不是很掌握,许多同学们在运用新的集成ic时立即翻出Datasheet的运用网页页面,依照强烈推荐设计方案构建外场完了。如此一来即便运用没有问题,却也忽视了大量的关键技术,针对本身的技术性成才并沒有累积到更强的工作经验。今日以一颗DC/DC降血压电源管理芯片LM2675为例子,尽可能详尽解读下一颗集成ic的內部结构设计和构造,IC制造行业的同学们随便看就行,热烈欢迎赐教!

LM2675-5.0的典型性运用电源电路

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开启LM2675的DataSheet,最先看一下框架图

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这一图包括了电源管理芯片的內部所有模块控制模块,BUCK构造大家早已很了解了,这一集成ic的关键作用是完成对MOS管的驱动器,并根据FB脚检验輸出情况来产生环路操纵PWM驱动器输出功率MOS管,完成稳压管或是恒流电源輸出。这是一个非同歩方式开关电源,即续流元器件为外界二极管,而不是內部MOS管。

下边我们一起来剖析每个作用是怎么完成的

一、标准工作电压

类似板级电路原理的标准开关电源,集成ic內部标准工作电压为集成ic别的电源电路出示平稳的参照工作电压。这一标准工作电压规定高精密、可靠性好、温漂小。集成ic內部的参照工作电压又被称作带隙基准工作电压,由于这一工作电压值和硅的带隙工作电压相仿,因而被称作带隙基准。这一数值1.2V上下,如下图的一种构造:

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这儿要返回教材讲公式计算,PN结的电流量和电压公式:

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能够 看得出是指数值关联,Is是反方向饱和状态泄露电流(即PN结由于少子飘移导致的泄露电流)。这一电流量和PN结的总面积正比!即Is-

这般就可以计算出Vbe=VT*ln(Ic/Is)!

返回图中,由运算放大器剖析VX=VY,那麼便是I1*R1+Vbe1=Vbe2,那样必得:I1=△Vbe/R1,并且由于M3和M4的栅极工作电压同样,因而电流量I1=I2,因此计算出公式计算:I1=I2=VT*ln(N/R1)N是Q1Q2的PN结总面积之比!

返回图中,由运算放大器剖析VX=VY,那麼便是I1*R1+Vbe1=Vbe2,那样必得:I1=△Vbe/R1,并且由于M3和M4的栅极工作电压同样,因而电流量I1=I2,因此计算出公式计算:I1=I2=VT*ln(N/R1)N是Q1Q2的PN结总面积之比!

那样大家最终获得标准Vref=I2*R2+Vbe2,关键环节:I1是正温度系数的,而Vbe是负温度系数的,再根据N值调整一下,但是完成非常好的温度补偿!获得平稳的标准工作电压。N一般业内依照8设计方案,要想完成零温度系数,依据公式计算计算出来Vref=Vbe2+17.2*VT,因此大约在1.2V上下的,现阶段在底压行业能够 完成低于1V的标准,并且除开温度系数也有开关电源谐波失真抑止PSRR等难题,仅限于水准无法深层次了。最终的示意图就这样,运算放大器的设计方案自然也十分注重:

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如图所示溫度特点模拟仿真:

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二、震荡器OSC和PWM

我们知道电源变压器的基本概念是运用PWM波形来驱动器输出功率MOS管,那麼当然必须造成震荡的控制模块,基本原理非常简单,便是运用电容器的蓄电池充电产生锯齿状波和电压比较器来转化成占空比可调式的波形。

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最终详尽的电路设计图是那样的:

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这儿有一个技术性难题是在电流量方式下的陡坡赔偿,对于的是占空比超过50%时以便平稳陡坡,附加提升了赔偿陡坡,我是浅显掌握,有兴趣爱好同学们可详尽学习培训。

三、误差放大器

误差放大器的功效是以便确保輸出恒流电源或是恒流源,对意见反馈工作电压开展取样解决。进而来调整驱动器MOS管的PWM,如示意图:

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四、光耦电路

最终的驱动器一部分构造非常简单,便是挺大总面积的MOS管,电流量工作能力强。

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五、别的控制模块电源电路

这儿的别的控制模块电源电路是以便确保集成ic可以一切正常和靠谱的工作中,尽管并不是基本原理的关键,却切切实实的在集成ic的设计方案中占有关键部位。

具体说来有几种作用:

1、起动控制模块

起动控制模块的功效当然是来起动集成ic工作中的,由于通电一瞬间有可能全部晶体三极管电流量为0并保持不会改变,那样无法工作中。起动电源电路的功效便是等于“点个火”,随后再关掉。如图所示:

通电一瞬间,S3当然是开启的,随后S2开启能够 开启M4Q1等,就打开了M1M2,右侧恒流源电路一切正常工作中,S1也打开了,就把S2给关掉了,进行起动。要是没有S1S2S3,一瞬间全部晶体三极管电流量为0。

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2、过电压保护控制模块OVP

非常好了解,键入工作电压太高时,根据开关管来关闭輸出,防止毁坏,根据电压比较器能够 设定一个维护点。

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3、过温保护控制模块OTP

温度保护是以便避免集成ic出现异常高溫毁坏,基本原理非常简单,运用晶体三极管的溫度特点随后根据电压比较器设定维护点来关闭輸出。

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4、过电流保护控制模块OCP

在例如輸出短路故障的状况下,根据检验輸出电流量来反馈调节输出管的情况,能够 关闭或是过流保护。如图所示的电流量取样,运用晶体三极管的电流量和总面积正比来取样,一般取样管Q2的总面积会是输出管总面积的千分之一,随后根据电压跟随器来操纵MOS管的驱动器。

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也有一些别的輔助控制模块设计方案。

六、直流电源和电流量镜

在IC內部,怎样来设定每一个晶体三极管的工作态度,便是根据参考点电流量,恒流源电路能够 说成全部电源电路的根基,带隙基准也是因而造成的,随后根据电流量镜来为每一个程序模块出示电流量,电流量镜便是根据晶体三极管的总面积来设定必须的电流量尺寸,相近镜像系统。

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七、总结

之上大约便是一颗DC/DC电源集成icLM2675的內部所有构造,也算作把之前的毛皮专业知识备考了一下。自然,这仅仅基本原理上的基础构架,实际设计方案时也要考虑到十分多的主要参数特点,必须作很多的剖析和模拟仿真,并且务必要对半导体材料加工工艺主要参数有很深的了解,由于生产制造加工工艺决策了晶体三极管的许多主要参数和特性,一不小心出去的集成ic就会有缺点乃至压根无法运用。全部芯片设计也是一个非常复杂的自动化控制,规定非常好的基础知识和社会经验。最终,学而时习之,不亦说乎!




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