超详细！带你看懂开关电源芯⽚内部结构
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 带隙基准
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！
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。这高速公路收费系统
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：
usb存储器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：细胞芯片
如图温度特性仿真：
阀门试压设备振荡器 OSC 和 PWM
我们知道开关电源的基本原理是利⽤ PWM ⽅波来驱动功率 MOS 管，那么⾃然需要产⽣振荡的模块，原理很简单，就是利⽤电容的充放电形成锯齿波和⽐较器来⽣成占空⽐可调的⽅波。
最后详细的电路设计图是这样的：
这⾥有个技术难点是在电流模式下的斜坡补偿，针对的是占空⽐⼤于 50%时为了稳定斜坡，额外增加了补偿斜坡，我也是粗浅了解，有兴趣同学可详细学习。
误差放⼤器
误差放⼤器的作⽤是为了保证输出恒流或者恒压，对反馈电压进⾏采样处理。从⽽来调节驱动MOS 管的 PWM，如简图：
驱动电路
最后的驱动部分结构很简单，就是很⼤⾯积的 MOS 管，电流能⼒强。
其他模块电路
这⾥的其他模块电路是为了保证芯⽚能够正常和可靠的⼯作，虽然不是原理的核⼼，却实实在在的在芯⽚的设计中占据重要位置。
具体说来有⼏种功能：
1、启动模块
启动模块的作⽤⾃然是来启动芯⽚⼯作的，因为上电瞬间有可能所有晶体管电流为 0 并维持不变，这样没法⼯作。启动电路的作⽤就是相当于“点个⽕”，然后再关闭。如图：
上电瞬间，S3 ⾃然是打开的，然后 S2 打开可以打开 M4 Q1 等，就打开了 M1 M2，右边恒流源电路正常⼯作，S1 也打开了，就把 S2 给关闭了，完成启动。如果没有 S1 S2 S3，瞬间所有晶体管电流为 0。
2、过压保护模块 OVP
很好理解，输⼊电压太⾼时，通过开关管来关断输出，避免损坏，通过⽐较器可以设置⼀个保护点。
3、过温保护模块 OTP
温度保护是为了防⽌芯⽚异常⾼温损坏，原理⽐较简单，利⽤晶体管的温度特性然后通过⽐较器设置保护点来关断输出。
4、过流保护模块 OCP
在譬如输出短路的情况下，通过检测输出电流来反馈控制输出管的状态，可以关断或者限流。如图的电流采样，利⽤晶体管的电流和⾯积成正⽐来采样，⼀般采样管 Q2 的⾯积会是输出管⾯积的千分之⼀，然后通过电压⽐较器来控制 MOS 管的驱动。
还有⼀些其他辅助模块设计。
恒流源和电流镜
无底鞋在 IC 内部，如何来设置每⼀个晶体管的⼯作状态，就是通过偏置电流，恒流源电路可以说是所有电路的基⽯，带隙基准也是因此产⽣的，然后通过电流镜来为每⼀个功能模块提供电流，电流镜就是通过晶体管的⾯积来设置需要的电流⼤⼩，类似镜像。
总结
以上⼤概就是⼀颗 DC/DC 电源芯⽚ LM2675 的内部全部结构，也算是把以前的⽪⽑知识复习了⼀下。当然，这只是原理上的基本架构，具体设计时还要考虑⾮常多的参数特性，需要作⼤量的分析和仿真，⽽且必须要对半导体⼯艺参数有很深的理解，因为制造⼯艺决定了晶体管的很多参数和性能，⼀不⼩⼼出来的芯⽚就有缺陷甚⾄根本没法应⽤。整个芯⽚设计也是⼀个⽐较复杂的系统⼯程，要求很好的理论知识和实践经验。最后，学⽽时习之，不亦说乎！
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