DCDC 电源芯片内部结构全解

喷射装置
作为一名电源研发工程师,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。dc-hsdpa
下面咱们一起来分析各个功能是怎么实现的
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:
工作台面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!
带隙基准智力积木回到上图,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!
大功率激光发射器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:

本文发布于:2024-09-23 21:27:11,感谢您对本站的认可!

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