电源芯片内部是怎样的?

2019-06-12 07:49:00 来源:互联网
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自然经常与各种芯片打交道,可能有的工程师对芯片的内部并不是很了解,不少同学在应用新的芯片时直接翻到Datasheet的应用页面,按照推荐设计搭建外围完事。如此一来即使应用没有问题,却也忽略了更多的技术细节,对于自身的技术成长并没有积累到更好的经验。今天以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例,尽量详细讲解下一颗芯片的内部设计原理和结构,IC行业的同学随便看看就好,欢迎指教!

 
LM2675-5.0的典型应用电路
 
 
 
打开LM2675的DataSheet,首先看看框图
 
 
 
这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块,BUCK结构我们已经很理解了,这个芯片的主要功能是实现对MOS管的驱动,并通过FB脚检测输出状态来形成环路控制PWM驱动功率MOS管,实现稳压或者恒流输出。这是一个非同步模式电源,即续流器件为外部二极管,而不是内部MOS管。
 
下面咱们一起来分析各个功能是怎么实现的
一、基准电压
类似于板级电路设计的基准电源,芯片内部基准电压为芯片其他电路提供稳定的参考电压。这个基准电压要求高精度、稳定性好、温漂小。芯片内部的参考电压又被称为带隙基准电压,因为这个电压值和硅的带隙电压相近,因此被称为带隙基准。这个值为1.2V左右,如下图的一种结构:
 
 
 
这里要回到课本讲公式,PN结的电流和电压公式:
 
 
 
可以看出是指数关系,Is是反向饱和漏电流(即PN结因为少子漂移造成的漏电流)。这个电流和PN结的面积成正比!即Is->S。
 
如此就可以推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is) !
 
回到上图,由运放分析VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为M3和M4的栅极电压相同,因此电流I1=I2,所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比!
 
回到上图,由运放分析VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为M3和M4的栅极电压相同,因此电流I1=I2,所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比!
 
这样我们最后得到基准Vref=I2*R2+Vbe2,关键点:I1是正温度系数的,而Vbe是负温度系数的,再通过N值调节一下,可是实现很好的温度补偿!得到稳定的基准电压。N一般业界按照8设计,要想实现零温度系 数,根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT,所以大概在1.2V左右的,目前在低压领域可以实现小于1V的基准,而且除了温度系数还有电源纹波抑制PSRR等问题,限于水平没法深入了。最后的简图就是这样,运放的设计当然也非常讲究:
 
 
 
如图温度特性仿真:
 
 
 
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